JP4636662B2 - 電動車椅子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、介護者等の外部の操作者によって駆動操作されるとともに、搭乗者の操作により自走可能に構成された電動車椅子に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より電動車椅子が、例えば病院や老人ホーム等の介護施設において、歩行できないまたは歩行困難な患者や高齢者等の被介護者を支援する介護機器として用いられている。このような電動車椅子としては、電動補助型車椅子がある。この電動補助型車椅子は、介護者用ハンドルに加わる操作力を検出して、この操作力に基づく駆動力をモータによって発生させることにより、介護者の操作力を補助するように構成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、病院や老人ホーム等の介護施設で用いられる電動車椅子は、被介護者のリハビリ状況や体力に応じて使い分けできるように、その駆動方法を変更できるものが好ましい。また、上記の電動補助型車椅子に対して、被介護者の自立を促すために被介護者(搭乗者)自身の操作によってその車椅子を駆動できるような機能を付加した場合に、搭乗者の意に反して危険な走行に陥ったとき、たとえば搭乗者の誤った操作で高速走行したとき、それを監視していた介護者が容易にその車椅子の減速や停止を行うことができるように配慮しておくことが好ましい。これによれば、被介護者による駆動走行の安全性を向上できるとともに、介護者の負担を軽減することができる。
【0004】
本発明は、介護者(外部の操作者)の負担を軽減することができるとともに、被介護者(搭乗者)が快適かつ安全に走行することができる電動車椅子を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動車椅子は、モータとそのモータにより回転駆動される駆動輪とを設けた車体を有する電動車椅子であって、
外部からの操作力で前記車体を駆動操作するための操作ハンドルと、
前記操作ハンドルに設けられ、介護者が前記操作ハンドルに伝達する操作力を検知する操作力検知手段と、
搭乗者の操作に応じて、前記モータの駆動力を制御するための制御信号を出力する車両操作部と、
前記操作力検知手段により検知された操作力に基づいて前記モータの駆動力を制御する補助走行モードと、前記車両操作部からの制御信号に基づいて前記モータの駆動力を制御する自走モードとを選択的に切り換えるためのモード切り換え手段と、
前記モード切り換え手段からの切換信号に従って、前記補助走行モードまたは前記自走モードで前記モータを制御する制御部とを備え、
前記制御部が前記自走モードで前記モータを制御して当該電動車椅子が走行中に、前記操作力検知手段により、所定の操作力定数を越える介護者の操作力が検知された場合、前記制御部は前記モータを制御して当該電動車椅子を減速する、というものである(請求項1)。
【0006】
上記のように構成された電動車椅子では、制御部がモード切り換え手段からの切換信号に従って、操作力検知手段により検知された操作力に基づいてモータの駆動力を制御する補助走行モードと、車両操作部からの制御信号に基づいて上記モータの駆動力を制御する自走モードとを切り換えて、そのモータを制御している。それゆえ、補助走行モード中においては、制御部は、介護者による操作力に応じた駆動力をモータから適切に出力させることで、その操作者の負担を軽減することができる。また、自走モード中においては、制御部は、車両操作部からの制御信号に基づき搭乗者の操作に応じた走行を行わせて快適に走行させることができる。
また、介護者が操作ハンドルに操作力定数を越える操作力を付与すると、制御部はモータを制御して、自走モードで走行中の電動車椅子を減速することができる。
【0007】
上記電動車椅子(請求項1)において、前記操作力定数を越える介護者の操作力が検知された場合に、前記制御部は前記モータの駆動力を低減することにより当該電動車椅子を減速するものであってもよい(請求項2)。
【0008】
上記電動車椅子(請求項1)において、前記操作力定数を越える介護者の操作力が検知された場合に、前記制御部は前記モータに発電制動力を発生させることにより当該電動車椅子を減速するものであってもよい(請求項3)。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電動車椅子の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【0011】
《第1の実施形態》
図1は本発明の一実施形態である電動車椅子の側面図であり、図2は図1に示した電動車椅子の背面図である。図1及び図2において、電動車椅子の車体1は、複数のパイプ部材からなるフレーム2と、モータ及び減速機構等を内蔵した左右一対の駆動部ユニット3とを備えている。一対の駆動輪4(図1は輪郭のみを略記)は各駆動部ユニット3に取り付けられ、一対のキャスタ5は車体1の前部に取り付けられている。左右のフレーム2間には、被介護者等の搭乗者用の座シート6(図1)及び背シート7が張設されている。アームレスト8が左右の各フレーム2の上部に取り付けられ、搭乗者を保護するための側板9(図1)が上記アームレスト8の下方でフレーム2に固定されている。また、一対のフットレスト10が上記キャスター5の前方でフレーム2に固定されている。背シート7の背面側には、バッテリポケットP1及び制御部ポケットP2が設けられている。
【0012】
車体1の後方最上部には、外部からの操作力、つまり介護者等の外部の操作者からの操作力を受容して、その操作力で車体1を駆動操作するための操作ハンドル11が設けられている。この操作ハンドル11には、左右の駆動部ユニット3に対応して設けられた一対の操作グリップ12及びブレーキレバー13が含まれている。
上記操作グリップ12の内部には、操作力検知手段としての例えばポテンショメータが設けられており、電動車椅子を押し引きして駆動操作するために操作ハンドル11に伝達された上記操作者の操作力を検知することができるようになっている。尚、ポテンショメータに代えて、ストレインゲージを含むブリッジ回路を用いてもよい。
上記ブレーキレバー13は、ワイヤ14を介して対応する駆動部ユニット3に連結されたものであり、上記操作者によるブレーキ操作に応じて、各駆動輪4を機械的に制動することができる。尚、このブレーキレバー13に加えて、搭乗者によるブレーキ操作に応じて、各駆動輪4を機械的に制動するブレーキレバーをフレーム2に取り付けてもよい。
【0013】
上記バッテリポケットP1及び制御部ポケットP2には、それぞれ脱着可能に構成されたバッテリ15及び制御部16が収納されている。バッテリ15は、例えば家庭内の商用交流電源に接続されて充電可能なものである。制御部16は、後に詳述するように、外部の操作者の駆動操作に応じて走行する補助走行モードと搭乗者の操作に応じて走行する自走モードとの2つのモードを選択的に実施する。制御部16は、図示を省略したケーブルにより、左右の駆動部ユニット3、左右の操作グリップ12、及びバッテリ15に各々互いに接続されている。また、制御部16は、車体1の一側方前部に設けられた搭乗者用の操作ボックス17と、一方の操作グリップ12の近傍に取り付けられた操作者用の操作ボックス18(図2)とにケーブル(図示せず)を介して互いに接続されている。
【0014】
上記操作ボックス17には、図3(a)に示すように、車両操作部としてのジョイスティック17aと、制御部16をオン状態またはオフ状態とする主電源スイッチ17bとが設けられている。また、操作ボックス17は、上記自走モード時に高速走行または低速走行のいずれかの速度を選択するための速度切換スイッチ17cと、前記の高速走行時及び低速走行時にそれぞれ点灯して表示するための設定速度表示部としてのLED 17d及び17eと、バッテリ15の残量を段階的に表示するバッテリ残量表示部17fとを備えている。
【0015】
前記のジョイスティック17aは、上記自走モード時において、搭乗者の指示方向を制御部16に指示するためのものであり、搭乗者の操作に応じて、駆動部ユニット3の各モータの駆動力を制御するための制御信号を制御部16に出力する。詳細にいえば、ジョイスティック17aには、上記搭乗者の操作に応じた自走操作信号を検知する自走操作信号検知部171X及び171Y(図4)が含まれており、当該ジョイスティック17aが操作されていない基準状態(例えば図1に示す操作ボックス18の上面に対して垂直である状態)から倒されることにより、搭乗者の指示方向が指示される。ジョイスティック17aは、前記の自走操作信号検知部171X及び171Yにより、上記の指示方向のX及びY方向の成分(ベクトルの大きさ)と、倒された時の倒れ角度で指定されるX及びY方向での目標速度とをそれぞれX及びY方向の自走操作信号として検知して、制御信号に含めて制御部16に出力する。
【0016】
前記の操作ボックス18には、図3(b)に示すように、上記主電源スイッチ17bと同一の機能をもつ主電源スイッチ18aと、前記の補助走行モードと自走モードとを切り換えるためのモード切り換え手段としての補助走行/自走切換スイッチ18bと、補助走行モード時及び自走モード時にそれぞれ点灯して表示するためのモード表示部としてのLED 18c及び18dと、上記バッテリ残量表示灯17fと同一の機能をもつバッテリ残量表示灯18eとが設けられている。
上記補助走行/自走切換スイッチ18bは、外部の操作者によって補助走行モードまたは自走モードが選択されて、その選択されたモードを指示する切換信号を制御部16に出力する。これにより、制御部16は、補助走行モードが選択された場合に操作グリップ12により検知された操作力に基づきモータの駆動力を制御して、操作者をアシストすることができるとともに、自走モードが選択された場合にジョイスティック17aからの制御信号に基づきモータの駆動力を制御して、搭乗者の操作に応じた走行を行うことができる。
【0017】
ここで、図4を用いて、本実施形態の電動車椅子の電気回路の構成について、具体的に説明する。尚、以下の説明では、上記駆動部ユニット3、駆動輪4及び操作グリップ12については、車体1の右側に設けられているものには符号にRを付けて表記し、車体1の左側に設けられているものには符号にLを付けて表記している。駆動部ユニット3R及び3L内のモータはそれぞれ、31R及び31L(31で総称する。)とする。また、操作グリップ12R及び12L内の操作力検知手段は、それぞれ121R及び121Lとする。
図4に示すように、上記制御部16内には、制御回路161、電源回路162、駆動回路163R及び163Lが設けられており、相互に接続されている。電源回路162には、バッテリ15から直流電圧が供給される。電源回路162は、供給された直流電圧に基づいて、制御回路161並びに駆動回路163R及び163Lに所定の電源電圧を供給する。
【0018】
駆動回路163R及び163Lは、例えば半導体スイッチング素子のブリッジ回路を含んでおり、電源回路162から供給された直流電圧を、制御回路161から供給されたPWM信号に基づいてスイッチングし、直流電圧の平均値を変化させてモータ31R及び31Lを駆動する。また、電気制動時における駆動回路163R及び163Lは、モータ31R及び31Lが回転している状態で直流電圧の供給を停止するとともに、例えばPWM信号のHレベルの期間に各巻線端子を短絡し、Lレベルの期間に開放する。これにより、モータ31R及び31Lは、PWM信号のデューティ比に応じた発電制動を行う状態となる。
【0019】
制御回路161は、CPU、メモリ、A/Dコンバータ等を含むものであり、補助走行/自走切換スイッチ18bからの切換信号に従って、補助走行モードまたは自走モードでモータ31を制御する。尚、上記メモリには、CPUで補助走行モードまたは自走モードを実行するのに必要なプログラムが格納されている。
具体的にいえば、補助走行モードが指示されている場合、制御回路161は、操作力検知手段121R及び121Lから入力される操作力に相当する操作力信号をディジタル値に変換した後、所定の処理を施す。操作力検知手段121R及び121Lは、介護者が付与した押し引きの操作力をそれぞれ独立に検知して、操作力信号を発生させる。操作力検知手段121R及び121Lはそれぞれ、操作グリップ12R及び12Lが操作されていない中立位置を基点としてそこから前方又は後方に操作グリップ12R及び12Lが操作されたとき、その操作力に従って出力値を変化させる。例えば、操作力が付与されていない状態の中立位置では、操作力信号は所定の値(通常、0でない値)である。前進方向への操作力が操作グリップ12R及び12Lに付与されたときは、その操作力に応じて操作力信号の電圧値が上記所定の値から増加する。後退方向への操作力が操作グリップ12R及び12Lに付与されたときは、その操作力に応じて操作力信号の電圧値は上記所定の値から減少する。
【0020】
制御回路161は、上記のように変化する操作力信号から上記所定の値を減算して得られる操作力検知信号に基づいて、モータ31R及び31Lの駆動又は制動を行う。
尚、操作グリップ12R及び12Lに付与された操作力は、モータ31R及び31Lの発生する駆動力とは別に、それ自体が、それぞれ車体1を介して左右の駆動輪4R及び4Lに伝達され、人力による駆動力となる。
【0021】
また、自走モードが指示されている場合、制御回路161は、自走操作信号検知部171X及び171YからのX及びY方向の自走操作信号に基づいて、モータ31R及び31Lの駆動又は制動を行い、ジョイスティック17aにより指示された指示方向に電動車椅子を走行させる。さらに、自走モードでは、制御回路161は、上記指示方向に走行させた後、電動車椅子が上記速度切換スイッチ17cで選択指示された高速走行または低速走行のいずれかの速度で走行するように、モータ31R及び31Lの駆動力を決定する。尚、これらの高速走行及び低速走行の速度は、当該制御回路161に含まれたメモリに記憶されている。
また、本実施形態の電動車椅子では、自走モードでモータ31を制御しているときに、操作力検知手段121R及び121Lにより検知された操作力が所定のしきい値(操作力定数)を越えた場合、制御回路161はモータ31R及び31Lの駆動力を低減する。
【0022】
上記モータ31R及び31Lの各々は、3相ブラシレスモータであり、ステータ側に3個のホール素子Hが内蔵されている(図4)。ホール素子Hは、ロータの回転に応じてパルスを出力する。このパルスは、対応する駆動回路163R及び163Lを介して、制御回路161に送られる。制御回路161は単位時間あたりのパルス数をカウントすることにより、モータ31R及び31Lの回転速度、すなわち、電動車椅子の速度を検知する。また、制御回路161は、3個のホール素子Hと共に回転方向検出手段を構成しており、ホール素子Hから出力されるパルスの位相に基づいて、モータ31R及び31Lの回転方向、すなわち、対応する左右の駆動輪4R及び4Lの回転方向を検知する。
尚、ホール素子Hの出力によらず、モータ31R,31L又は駆動輪4に付帯してタコジェネレータ等の速度センサを設けてもよい。この場合は、タコジェネレータの出力電圧により速度が、出力電圧の極性により回転方向が、それぞれ検出される。
【0023】
次に、制御回路161のCPU(以下、単にCPUという。)によって実行される動作について、図5〜図10を用いて具体的に説明する。
本実施形態の電動車椅子では、図5のステップS1に示すように、まずCPUは、補助走行/自走切換スイッチ18bからの切換信号が補助走行モードを指示しているかどうかについて判別する。補助走行モードが指示されていることを判別した場合、CPUはステップS2の補助走行モードを実行する。また、補助走行モードが指示されていない場合、CPUはステップS3の自走モードを実行する。
【0024】
上記ステップS2における補助走行モードについて、図6のサブルーチンを参照して詳細に説明する。
図6のステップS4において、CPUは、付与された操作力に対応して操作力検知手段121R及び121Lより出力される操作力信号の値から、操作力が付与されていないときの操作力信号の値を減算する処理(入力値変換)を行う。これにより、操作力検知手段121Rに対する操作力に対応する操作力検知信号FinRと、操作力検知手段121Lに対する操作力に対応する操作力検知信号FinLとが得られる。図7は、このときの「操作力」対「操作力検知信号」の関係を示すグラフである。操作力が付与されていないとき操作力検知信号は0であり、前進方向(押し方向)の操作力が付与されたときは一定勾配で増加する正の値となり、後退方向(引き方向)の操作力が付与されたときは、上記一定勾配で負の方向に増加する値となる。従って、前進又は後退の識別は操作力検知信号の正負をもって、また、操作力の大きさは操作力検知信号の絶対値によって検知することができる。尚、図7において、操作力の「+Fs」及び「−Fs」は、所定の設定値である。
【0025】
次に、CPUは、ステップS5において、操作力変動量を算出する。操作力変動量を算出するには、まず、ステップの実行回数をtとして、ステップS4で得られる操作力検知信号の現在値FinR(t)と前回値FinR(t−1)との差dFinR(t)、及び、現在値FinL(t)と前回値FinL(t−1)との差dFinL(t)求める。すなわち、
dFinR(t)=FinR(t)−FinR(t−1) ...(1)
dFinL(t)=FinL(t)−FinL(t−1) ...(2)
とする。これを基に、操作力変動量dFinRT及びdFinLTを以下の演算により求める。
dFinRT={dFinR(t)+dFinRT(t−1)}/2 ...(3)
dFinLT={dFinL(t)+dFinLT(t−1)}/2 ...(4)
【0026】
次に、CPUはステップS6において、モータ31への要求動作(以下mstという。)を設定する。具体的には、CPUは、操作力検知信号FinR及びFinLに基づいて操作力方向の判断を行い、ホール素子Hの出力に基づいて駆動輪4の回転方向の判断を行う。その後、CPUは、前述の判断結果に基づき操作力方向と駆動輪4の回転方向とが同じであるか否かの判断を行う。この判断結果がイエスである場合、CPUはmstを「アシスト」に設定し、ノーの場合にはmstを「ブレーキ」に設定する。このステップS3でのmstの設定処理は、操作力検知手段121R,121L及びこれに対応する駆動輪4R,4Lに関して左右それぞれに実行されて、左右両輪に関して、それぞれmstが設定される。
【0027】
次に、ステップS7においてCPUは、操作力検知信号FinR又はFinLの各絶対値が、前述の所定値Fsより大きいか否かを判断する。この判断結果がイエスすなわち所定値を超える操作力が付与されている場合、CPUはステップS9の駆動モードにジャンプする。一方、ノーの場合、CPUはステップS8において、操作力変動量dFinRT又はdFinLTの各絶対値が所定値Fsd(<<Fs)より大きいか否かを判断する。当該ステップS8は、補助走行モードで走行している電動車椅子において、その操作者が手を離したかどうかについて判断するために設けられている。この判断結果がイエスの場合、操作者による駆動操作が継続して行われていると判断し、CPUはステップS9において駆動モードを実行して、上記操作者に対するアシストを引き続き行う。また、ノーの場合は、補助走行モードを実行中に、操作者が手を離したと判断して、CPUは制動モード(ステップS13)を実行する。制動モードの実行により、発電制動力brkは最大値に設定される。従って、補助走行モードで走行しているときに、操作者が操作グリップ12R及び12Lから手を離すと、電動車椅子は最大の発電制動力を発生して、停止する。
【0028】
続いて、CPUは、左右の駆動輪4R及び4Lに関してステップS9の駆動モードを実行して、当該制御回路161から左右の駆動回路163R及び163Lにそれぞれ供給される駆動力指令信号FoutR及びFoutL(モータ31R及び31Lがそれぞれ発生する駆動力に相当)を算出する。
詳細にいえば、この駆動モードでは、CPUは、まず前回出力した駆動力指令信号FoutRまたはFoutLが0であるかどうかについて判別する。前回出力した駆動力指令信号FoutR及びFoutLのいずれかが0であれば、CPUは0である方の上記操作力検知信号FinR及びFinLの符号(正負)を参照して、その対応するモータ31R又は31Lを正転させるのか、逆転させるのかを決定する。尚、駆動モードに入った初期の時点では、双方のモータ31R及び31Lについて、正転・逆転の決定が行われる。
【0029】
また、前回出力した駆動力指令信号FoutRまたはFoutLの値が0でなければ、CPUは、左右の駆動輪4R及び4Lに関して駆動力変化量dFaの算出を行う。駆動力変化量dFaとは、モータ31が発生する駆動力の基になる駆動力信号Faの変化量である。駆動力信号Faは、図6のフローチャートの実行回数をtとして、
Fa(t)=Fa(t−1)+dFa ...(5)
と表される。すなわち、駆動力信号Faは、駆動力変化量dFaの累積値として表される。従って、駆動力信号Faは駆動力変化量dFaが正のとき増加し、負のとき減少する。また、モータ31の駆動方向は、駆動力信号Faが正のとき正転方向であり、負のとき逆転方向である。
【0030】
上記駆動力変化量dFaは、例えば、駆動力変化量の比例成分dFapに所定の係数Kを乗じて求められる。すなわち、
dFa=k・dFap ...(6)
である。駆動力変化量の比例成分dFapは、例えば図8に示す関数に従って算出される。この関数は、以下のように表される。
Fin>Fsのとき、
dFap=KDFAP_H・(Fin−Fs) ...(7)
Fs−Fh≦Fin≦Fsのとき、
dFap=0 ...(8)
Fin<Fs−Fhのとき、
dFap=KDFAP_L・(Fin−(Fs−Fh)) ...(9)
但し、Fs及びFhは所定の設定値、KDFAP_H及びKDFAP_Lは所定の定数である。
【0031】
続いて、CPUは、図6のフローチャートの実行回数を考慮した前記の駆動力信号Fa(t)に対して、直進性を高めるための既知の補整方法である左右協調補整を施して、駆動力信号Fa_r(t)及びFa_l(t)を算出する。そして、CPUは、算出した駆動力信号Fa_r(t)及びFa_l(t)をPWM信号に変換し、駆動力指令信号FoutR及びFoutLとして算出する。
【0032】
図6に戻り、ステップS10においてCPUは、左右のモータ31R及び31Lによる発電制動力brkR及びbrkLについて、brkR>0、又は、brkL>0であるか否かを判断する。判断結果がイエスすなわち既に発電制動力brkが発生している場合、CPUはステップS11に進み、判断結果がノーの場合はステップS12に進む。尚、初めは発電制動力brkが発生していないので、CPUはステップS11に進む。ステップS11においてCPUは、左右のmstが共に「ブレーキ」となっているか否かを判断し、判断結果がイエスであればステップS9を実行する。一方、判断結果がノーとなるのは、左右のmstが共に「アシスト」の場合、及び、左右のmstのうち一方が「アシスト」であり、他方が「ブレーキ」である場合である。前者の場合は当然に、ステップS12の坂道ブレーキモードを実行する必要はなく、CPUはステップS14を実行する。また、後者の場合は、電動車椅子がその場で旋回されようとしている。このような場合に「ブレーキ」側で発電制動力brkを発生させると、急な旋回を促すことになり却って危険である。そこで、このような場合には、ステップS12の坂道ブレーキモードを実行せず、CPUはステップS14を実行する。
【0033】
上記ステップS12における坂道ブレーキモードは、補助走行モードにおいて、電動車椅子が操作者によって下り坂を前進させられながら降りる場合や上り坂を後退させられながら降りる場合に左右の駆動輪4R及び4Lに関して実行されるモードである。この坂道ブレーキモードを実行することにより、補助走行モードで前記のような坂道を走行するときに、モータ31に発電制動力を発生して必要以上に大きな操作力を加えることなく電動車椅子の速度を抑制することができ、電動車椅子の挙動を安定させて、操作性を向上することができる。
具体的には、CPUは、上記mstと操作力検知信号FinR及びFinLとに基づいて、駆動輪4の回転方向と操作力に対応する回転方向とが互いに一致するかどうかについて判断して、それらの回転方向が一致していないと判断した場合に発電制動力brkR及びbrkLを発生するためのブレーキ力信号(PWM信号)を算出する。
【0034】
続いて、ステップS14において、CPUは、左右の駆動輪4R及び4L毎に、発電制動力brkが0であるかどうかに基づき、モータ動作信号の決定を行う。詳細には、発電制動力brkが0であれば、CPUはモータ動作信号を「アシスト」に設定する。また、発電制動力brkが0でなければ、CPUはモータ動作信号を「ブレーキ」に設定する。
【0035】
次に、CPUは、ステップS15において、上記のモータ動作信号に応じて、PWM信号を駆動回路163R及び163Lに出力する。モータ動作信号が「アシスト」であれば、前記のステップS9の駆動モードにおいて算出された駆動力指令信号FoutR及びFoutL(PWM信号)が出力される。これにより、駆動回路163R及び163LはPWM信号に応じてモータ31R及び31Lを駆動する。また、モータ動作信号が「ブレーキ」であれば、前記のステップS12の坂道ブレーキモードにおいて算出されたブレーキ力信号のPWM信号が出力される。これにより、駆動回路163R及び163LはPWM信号に応じてモータ3R及び3Lを制動する。以上のステップS4〜S15がCPUにより実行されて、電動車椅子は補助走行モードで走行される。
【0036】
次に、上記ステップS3(図5)における自走モードについて、図9のサブルーチンを参照して詳細に説明する。
図9のステップS16において、CPUは、自走操作信号検知部171X及び171Yからの自走操作信号に基づいて、X及びY方向での目標速度を設定する。続いて、CPUは、ステップS17において、前記のステップで設定されたX及びY方向での目標速度が0かどうかについて判別し、さらに発電制動力brkを発生するようブレーキ力信号を出力していたかどうかについて判別する。つまり、このステップS17は、搭乗者がジョイスティック17aによって所望の自走走行を指示しているかどうかについて判断するための処理動作であり、CPUはX及びY方向での目標速度が0である場合、またはブレーキ力信号を出力していた場合にステップS21の停止モードを実行して、電動車椅子を停止させる。
【0037】
また、上記ステップS17の判別結果がノーである場合、CPUは、ステップS18において、前記の自走操作信号から得られるジョイスティック17aの指示方向と現在の電動車椅子の進行方向とが車体1の前後方向で互いに異なる方向であるかどうかについて判別する。そして、前記の指示方向が進行方向と異なる方向であることを判別すると、CPUはステップS19の進行方向切換モードを実行する。この進行方向切換モードを行うことにより、例えば車体1の前方側に走行(前進)していた電動車椅子が、ジョイスティック17aでの操作に応動して、車体1の後方側に走行(後進)する。また、前記の指示方向と進行方向とが同一の方向であることを判別すると、CPUはステップS20の走行モードを実行する。
【0038】
ここで、上記ステップS20における走行モードについて、図10のサブルーチンを参照して詳細に説明する。
図10のステップS22において、CPUは、自走操作信号検知部171X及び171Yからの自走操作信号に基づいて、左右の駆動輪4R及び4Lの回転方向を決定する。続いて、CPUは、ステップS23及びS24の処理動作を行って、自走モードで走行している時に、外部の操作者からの操作力が操作グリップ12に付与されたかどうかについて判別する。
【0039】
具体的にいえば、CPUは、ステップS23において、操作グリップ12Rの操作力検知手段121Rにより検知された操作力検知信号FinRの作用方向(右操作力方向)と現在の電動車椅子の進行方向とが互いに異なる方向であるかどうかについて判別し、さらに前記の操作力検知信号FinRの絶対値が操作力定数より大きい値であるかどうかについて判別する。そして、CPUは、右操作力方向が進行方向と異なる方向であることを検知し、かつ右操作力の絶対値が操作力定数より大きい値であることを検知した場合にのみ、後述のステップS27に進む。また、上記以外の場合では、CPUは、自走モードで走行中の電動車椅子に対して、右側に押し引きしようとする右操作力が外部の操作者から操作グリップ12Rに付与されていないと判断して、ステップS24に進む。
【0040】
次に、CPUは、ステップS24において、操作グリップ12Lの操作力検知手段121Lにより検知された操作力検知信号FinLの作用方向(左操作力方向)と現在の電動車椅子の進行方向とが互いに異なる方向であるかどうかについて判別し、さらに前記の操作力検知信号FinLの絶対値が操作力定数より大きい値であるかどうかについて判別する。そして、CPUは、左操作力方向が進行方向と異なる方向であることを検知し、かつ左操作力の絶対値が操作力定数より大きい値であることを検知した場合にのみ、ステップS27に進む。また、上記以外の場合では、CPUは、自走モードで走行中の電動車椅子に対して、左側に押し引きしようとする左操作力が外部の操作者から操作グリップ12Lに付与されていないと判断して、ステップS25に進む。つまり、ステップS23及びS24での判別結果が共にノーである場合、CPUは、外部の操作者からの操作力が操作ハンドル11に付与されていないと判断して、自走モードでの走行を継続する。
尚、上記ステップS23及びS24で用いられる操作力定数は、前記の補助走行モードでのステップS8(図6)に示した所定値Fsdと同一の値を用いてもよいし、異なる値を用いてもよい。
【0041】
続いて、ステップS25において、CPUは、左右の駆動輪4R及び4Lに関して、前記の自走操作信号に基づき駆動力指令信号またはブレーキ力信号のいずれかのPWM信号を算出する。その後、ステップS26において、CPUは上記ステップS25で算出したPWM信号を対応する駆動回路163R及び163Lに出力する。これにより、電動車椅子がジョイスティック17aで指示された指示方向及び目標速度で走行するように、モータ31R及び31Lの駆動力または発電制動力が駆動輪4R及び4Lにそれぞれ供給される。
【0042】
また、上記ステップS27において、CPUは、発電制動力が0であるかどうかに基づいて、モータ31R及び31Lの駆動状態がブレーキ状態かどうかについて判別する。モータ31R及び31Lの駆動状態がブレーキ状態であると判別した場合は、CPUは、モータ31R及び31Lがジョイスティック17aの操作に応じて発電制動力を発生していると判断して、前記のステップS25に進む。
また、モータ31R及び31Lの駆動状態がブレーキ状態でなければ、ステップS28において、CPUは、外部の操作者からの操作力が操作ハンドル11に付与されたと判断して、前回出力した駆動力指令信号から所定の減少定数を差し引いた値を駆動力指令信号として算出する。その後、CPUが減少定数を差し引いた駆動力指令信号を用いて上記ステップS26の処理動作を行うので、モータ31の駆動力は低減される。
【0043】
上記のように、本実施形態の電動車椅子では、制御部16が補助走行/自走切換スイッチ(モード切り換え手段)18bからの切換信号に従って、操作力検知手段121R、121Lにより検知された操作力に基づいてモータ31の駆動力を制御する補助走行モードと、ジョイスティック(車両操作部)17aからの制御信号に基づいて上記モータ31の駆動力を制御する自走モードとを切り換えて、そのモータ31を制御している。それゆえ、本実施形態の電動車椅子では、補助走行モード中においては、制御部16は、介護者等の外部の操作者による操作力に応じた駆動力をモータ31から適切に出力させることで、その操作者の負担を軽減することができる。また、自走モード中においては、制御部16は、ジョイスティック17aからの制御信号に基づき搭乗者の操作に応じた走行を行わせて快適に走行させる。さらに、たとえ搭乗者の意に反して危険な走行に陥ったときでも、外部の操作者が補助走行/自走切換スイッチ18bを操作して補助走行モードに切り換えることにより、前記の危険な走行の停止や安全走行への移行を容易に行うことができる。
【0044】
また、本実施形態の電動車椅子では、制御部16が上記自走モードでモータ31を制御しているときに、操作力検知手段121R、121Lにより検知された操作力が操作力定数(所定のしきい値)を越えた場合、制御部16はモータ31の駆動力を低減するので、自走モードで走行している電動車椅子に対して、外部の操作者が所定のしきい値よりも大きい操作力で操作ハンドル11を握ることにより、走行中の電動車椅子を減速することができ、安全な走行を行わせることができる。
【0045】
《第2の実施形態》
図11は、本発明の第2の実施形態の電動車椅子における、自走モードでの制御回路の動作を示すフローチャートである。この実施形態と第1の実施形態との相違点は、本実施形態では自走モード中に操作力検知手段121R、121Lにより検知された操作力が所定のしきい値を越えた場合に、制御部16がモータ31に発電制動力を発生させることである。
図11に示すように、本実施形態の電動車椅子では、上記ステップS23またはS24において、CPUは外部の操作者が前記の右操作力または左操作力を自走モードで走行中の電動車椅子に対して付与したことをそれぞれ検知したとき、CPUはモータ31に発電制動力を発生させるよう制御する。具体的には、ステップS29において、CPUは、ブレーキ力に所定の増加定数を加えて、新たなブレーキ力とする。続いて、ステップS30において、CPUは、所定の増加定数を加えたブレーキ力をブレーキ力信号(PWM信号)に変換して、対応する駆動回路163Rまたは163Lに出力する。
【0046】
以上のように、本実施形態の電動車椅子では、当該電動車椅子が自走モードで制御されているときに、操作力検知手段121R、121Lにより検知された操作力が所定のしきい値を越えた場合、制御部16はモータ31に発電制動力を発生させている。これにより、自走モードで走行している電動車椅子に対して、外部の操作者が上記しきい値よりも大きい操作力で操作ハンドル11を握ることにより、走行中の電動車椅子を減速することができ、安全な走行を行わせることができる。
【0047】
《その他の実施形態》
図12は参考例としてのその他の実施形態の電動車椅子における、制御回路の動作を示すフローチャートであり、図13は図12に示した自走モードに含まれる、走行モードでの制御回路の動作を示すフローチャートである。この実施形態と第1の実施形態との相違点は、押しボタン型の補助走行/自走切換スイッチ18bを設け、さらに本実施形態では自走モード中に操作力検知手段121R、121Lにより検知された操作力が所定のしきい値を越えた場合に、制御部16が自走モードから補助走行モードに切り換えることである。
【0048】
図12に示すように、本実施形態の電動車椅子では、主電源スイッチ17b、18a(図4)がオンされると、CPUはまず上記ステップS23及びS24を順次行い、外部の操作者が操作ハンドル11に操作力を付与したかどうかについて判断する。操作者が操作ハンドル11に操作力を付与したと判断した場合、CPUは補助走行モードが指示されたと判断して、図6に示した補助走行モードのステップS4〜S15の処理動作が実行される。また、操作者が操作ハンドル11に操作力を付与していないと判断した場合、ステップS1において、CPUは上記押しボタン型の補助走行/自走切換スイッチ18bから切換信号を入力したかどうかについて判別する。
【0049】
上記切換信号を入力した場合は、CPUは操作者によって自走モードから補助走行モードに変更されたと判断して前記の補助走行モードを実行する。また、上記切換信号を入力しない場合は、CPUは自走モードが指示されたと判断して図9に示した自走モードを実行する。但し、本実施形態の電動車椅子では、上記のように、ステップS23及びS24が最初に実行されるので、図9のステップS20における走行モードに代えて、前記のステップS22、S25、及びS26を順次行う走行モードが実行される(図13参照)。
【0050】
以上のように、本実施形態の電動車椅子では、操作力検知手段121R、121Lにより検知された操作力が所定のしきい値を越えた場合、制御部16は上記押しボタン型の補助走行/自走切換スイッチ18bからの切換信号に関係なく補助走行モードを選択する。従って、電動車椅子がたとえ自走モードで走行している場合でも、自走モードから補助走行モードに直ちに切り換えて、操作者が電動車椅子を駆動操作するのを可能として、安全な走行を行わせることができる。
【0051】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項1の電動車椅子によれば、モード切り換え手段によって補助走行モードが指示されている場合、制御部は、介護者による操作力に応じた駆動力をモータから適切に出力させることで、その操作者の負担を軽減することができる。また、モード切り換え手段によって自走モードが指示されている場合、制御部は、車両操作部からの制御信号に基づき搭乗者の操作に応じた走行を行わせて快適に走行させることができる。
【0052】
また、自走モードで走行しているときに、操作力定数を越える介護者の操作力が操作力検知手段により検知された場合、制御部がモータを制御して走行中の電動車椅子を減速するので、安全な走行を行わせることができる。
【0053】
なお、請求項2の電動車椅子によれば、制御部がモータの駆動力を低減することにより電動車椅子を減速することができ、安全な走行を行わせることができる。
【0054】
また、請求項3の電動車椅子によれば、制御部がモータに発電制動力を発生させることにより電動車椅子を減速することができ、安全な走行を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態である電動車椅子の側面図である。
【図2】 図1に示した電動車椅子の背面図である。
【図3】 (a)は図2に示した操作者用の操作ボックスの具体例を示す平面図であり、(b)は図2に示した搭乗者用の操作ボックスの具体例を示す平面図である。
【図4】 図1に示した電動車椅子の電気回路の構成例を示すブロック図である。
【図5】 図4に示した制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図6】 図5に示した補助走行モードでの制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図7】 上記制御回路における、操作力と操作力検知信号の関係を示すグラフである。
【図8】 上記制御回路における、操作力検知信号Finと駆動力変化量dFapとの関係を示すグラフである。
【図9】 図5に示した自走モードでの制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図10】 図9に示した走行モードでの制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図11】 本発明の第2の実施形態の電動車椅子における、自走モードでの制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図12】 参考例としてのその他の実施形態の電動車椅子における、制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図13】 図12に示した自走モードに含まれる、走行モードでの制御回路の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 車体
4 駆動輪
12 操作ハンドル
121R、121L 操作力検知手段
16 制御部
17a ジョイスティック(車両操作部)
18b 補助走行/自走切換スイッチ(モード切り換え手段)
Claims (3)
- モータとそのモータにより回転駆動される駆動輪とを設けた車体を有する電動車椅子であって、
外部からの操作力で前記車体を駆動操作するための操作ハンドルと、
前記操作ハンドルに設けられ、介護者が前記操作ハンドルに伝達する操作力を検知する操作力検知手段と、
搭乗者の操作に応じて、前記モータの駆動力を制御するための制御信号を出力する車両操作部と、
前記操作力検知手段により検知された操作力に基づいて前記モータの駆動力を制御する補助走行モードと、前記車両操作部からの制御信号に基づいて前記モータの駆動力を制御する自走モードとを選択的に切り換えるためのモード切り換え手段と、
前記モード切り換え手段からの切換信号に従って、前記補助走行モードまたは前記自走モードで前記モータを制御する制御部とを備え、
前記制御部が前記自走モードで前記モータを制御して当該電動車椅子が走行中に、前記操作力検知手段により、所定の操作力定数を越える介護者の操作力が検知された場合、前記制御部は前記モータを制御して当該電動車椅子を減速することを特徴とする電動車椅子。 - 前記操作力定数を越える介護者の操作力が検知された場合に、前記制御部は前記モータの駆動力を低減することにより当該電動車椅子を減速する請求項1記載の電動車椅子。
- 前記操作力定数を越える介護者の操作力が検知された場合に、前記制御部は前記モータに発電制動力を発生させることにより当該電動車椅子を減速する請求項1記載の電動車椅子。
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