JP6278169B1 - 電動車いす - Google Patents

Abstract

電動車いすは、メインフレームと、シートフレームと、シートバックフレームと、フットレストフレームと、車輪部と、障害物検知センサと、を有する。シートフレームは、メインフレームの上方に配置されて、使用者の臀部及び大腿部を支える着座シートを支持する。シートバックフレームは、メインフレームの後方に配置されて、使用者の背部を支える背もたれ部を支持する。フットレストフレームは、メインフレームの前方に配置されて、使用者の足部を支えるフットレストを支持する。車輪部は、メインフレームを移動可能に支持する。障害物検知センサは、シートフレームより前方に設置されて、障害物を検知する。

Description

本開示は、障害物検知機能を備えた電動車いすに関する。

人が操作して移動するだけでなく、障害物検知センサにより障害物を検知して、電動車いすを走行停止させる機能を有する電動車いすが知られている。特に、緻密な操作が可能となる電動車いすの走行制御方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

この走行制御方法では、障害物検知センサからの障害物の有無の情報を走行許可判断手段へ入力し、障害物検知されている場合は、警報発報手段へ発報を指示するとともに、モータ駆動手段へ動作停止指示をして、電動車いすを一旦動作停止させ、障害物への衝突を回避させる。その後、次の操作指示を待ち、再度、操作手段から障害物を検知中の方向を含む走行指示を受け付けた場合は、再度、警報発報指示を警報発報手段へ送りつつ、走行許可（指示）をモータ駆動手段へ発し、走行を許可する。

また、上記の動作を実現するための電動車いすの構成も示されている。従来技術における構成では、障害物検知センサが電動車いす本体に設置され、座面の最前部に配置する構成が開示されている。

このような構成により、電動車いすは、前方にある障害物を検知して、一旦停止して衝突を回避できる。そして、再度、障害物を検知した方向を含めて操作指示が行われた場合、電動車いすは、乗員への注意喚起を行いつつ動作を許可することによって、障害物検知手段の解除及び特段の操作手順を踏まずとも、障害物近傍への走行を行うことができる。

特開２０１１−１７７２０５号公報

電動車いすは、メインフレームと、シートフレームと、シートバックフレームと、フットレストフレームと、車輪部と、障害物検知センサと、を有する。

シートフレームは、メインフレームの上方に配置されて、使用者の臀部及び大腿部を支える着座シートを支持する。

シートバックフレームは、メインフレームの後方に配置されて、使用者の背部を支える背もたれ部を支持する。

フットレストフレームは、メインフレームの前方に配置されて、使用者の足部を支えるフットレストを支持する。

車輪部は、メインフレームを移動可能に支持する。

障害物検知センサは、シートフレームより前方に設置されて、障害物を検知する。

図１は、実施の形態１における電動車いすの概略側面図である。 図２は、実施の形態１における電動車いすの障害物検知範囲を示す概略上面図である。 図３は、実施の形態１における電動車いすと使用者の概略上面図である。 図４は、実施の形態１における電動車いすと使用者の概略上面図である。 図５は、実施の形態１における電動車いすと使用者の概略側面図である。 図６は、実施の形態２における電動車いすの概略側面図である。 図７は、実施の形態２における電動車いすの障害物検知範囲を示す概略上面図である。

本実施の形態の説明に先立ち、従来の電動車いすの課題を簡単に説明する。特許文献１に開示されている構成では、障害物検知センサを電動車いす本体の座面最前部に配置している。そのため、使用者が着座して電動車いすを操作する場合、使用者の体が大きいと、使用者の両足が、障害物として間違って検知される恐れがある。例えば、公共の場で電動車いすが共用で使用される場合は、異なる使用者が同じ電動車いすに搭乗することがあるため、上記のような課題が生じる確率が高くなる。また、衣服が障害物検知センサに被さって、間違って障害物として検知される恐れもある。

また、従来技術の構成では、電動車いすの側方、又は後方に位置する障害物については、前方を検知する障害物検知センサでは検知することができない。そのため、障害物検知センサを、側方、又は後方検知用に追加で設置する必要がある。その結果、電動車いす全体として高価になるといった課題がある。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ構成要素には同じ符号を付しており、説明を省略する場合もある。また、図面は、理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体として、模式的に示している。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における電動車いす１００の概略側面図である。図２は、実施の形態１における電動車いす１００の障害物検知範囲を示す概略上面図である。なお図２において、検知範囲をわかりやすく図示するために、フットレストフレーム１１１は省略している。

本実施の形態１の電動車いす１００は、図１に示すように、少なくとも、シートフレーム１０７と、シートバックフレーム１０９と、フットレストフレーム１１１と、車輪部１１２と、障害物検知センサ１２４と、を備えて構成されている。

車輪部１１２は、メインフレーム１０１に回転可能に取り付けられた左右一対の駆動輪１０２と、操舵輪として設けられる左右一対の補助輪１０５とで構成されている。駆動輪１０２と補助輪１０５とによりメインフレーム１０１が支持されている。

シートフレーム１０７は、メインフレーム１０１の上方に配置されて、使用者の臀部及び大腿部を支える着座シート１０６を支持する。

シートバックフレーム１０９は、メインフレーム１０１の斜め後方上向きに起立して配置されている。シートバックフレーム１０９は、使用者の背部を支える背もたれ部１０８を支持する。

フットレストフレーム１１１は、メインフレーム１０１の前方において斜め下向きに傾斜してＬ字状に形成されている。フットレストフレーム１１１は、使用者の足部を支えるフットレスト１１０を支持する。

シートフレーム１０７と、シートバックフレーム１０９と、フットレストフレーム１１１とのそれぞれの角度を調整するため、電動車いす１００は、アクチュエータ１２１及びアクチュエータ１２２を有していてもよい。

使用者の搭乗時に、着座シート１０６が使用者の臀部及び大腿部を支え、背もたれ部１０８が使用者の背部を支え、フットレスト１１０が使用者の足部を支えることによって、使用者が電動車いす１００を着座状態で利用できる。

障害物検知センサ１２４は、電動車いす１００の走行に支障が無いように、電動車いす１００の前方の、電動車いす移動時の障害物を検知する。障害物検知センサ１２４は、フットレスト１１０の裏側などに設置された１台でもよいが、ここでは図２に示すように、一例として２台備えられている。具体的には、障害物検知センサ１２４は、電動車いす１００の両側でかつシートフレーム１０７より前方でかつフットレストフレーム１１１の先端６００よりもシートフレーム１０７側の位置に配置されている。そして、障害物検知センサ１２４は、電動車いす１００の前方側のセンシング範囲２９１の障害物を検知する。障害物を検知する障害物検知センサ１２４のセンシング範囲２９１とは、図２における、電動車いす１００の前後方向に対して傾斜した半円形の平面形状の領域である。

このように障害物検知センサ１２４が、シートフレーム１０７より前方でかつ使用者の足部５００を支えるフットレストフレーム１１１の先端６００よりもシートフレーム１０７側に設置されている。この構成により、電動車いす１００は、本来検知すべきではない使用者の足部５００のような不要な障害物を検知することを回避できる。

電動車いす１００は、メインフレーム１０１内に、一対の駆動輪１０２を駆動するための一対の電動モータ１０３と、一対の電動モータ１０３を駆動するためのバッテリ（図示せず）と、制御コントローラ１０４とを有していてもよい。制御コントローラ１０４は、一対の電動モータ１０３の各々を独立して駆動制御して、電動車いす１００の移動を制御する。

実施の形態１の具体的な例として、電動車いす１００の両側でかつシートフレーム１０７より前方でかつフットレストフレーム１１１の先端６００よりシートフレーム１０７側の位置に、障害物検知センサ１２４が設置されている。電動車いす１００は、フットレストフレーム１１１の両側部でかつメインフレーム１０１の前端に、前後方向に直方体形状に突出したセンサ台１２３を有していてもよい。すなわち、メインフレーム１０１の前端にセンサ台１２３の後端が固定され、障害物検知センサ１２４がセンサ台１２３上に支持されていてもよい。

障害物検知センサ１２４が設置されたセンサ台１２３をメインフレーム１０１に固定させることにより、センサ台１２３の長さ分、障害物検知センサ１２４をシートフレーム１０７より確実に前方でかつフットレストフレーム１１１の先端６００よりシートフレーム１０７側の位置に配置できる。そのため、使用者の足部などの不要な障害物を検知することを、さらに確実に回避できる。

障害物検知センサ１２４の位置について、より詳細に記述する。図３は、実施の形態１における電動車いす１００と使用者の概略上面図である。使用者が着座した場合、フットレスト１１０より前に出る部分は、膝下であり、ふくらはぎ部分が最も太い。ふくらはぎ部分の長さは、一般的におおよそ１３ｃｍ程度であるため、障害物検知センサ１２４を、フットレスト１１０より約１３ｃｍ前方に設置することにより、使用者の足部の誤検知を回避できる（図３の矢印１５０参照）。また、通常着座する場合、ふくらはぎ部分を電動車いす１００に密着させるよりも、少し離してゆったりした状態で着座することが多いと考えられる。そのため、ゆったりと着座する一般的な状況として５ｃｍ程度の余裕を持つことを考慮すると、障害物検知センサ１２４を、フットレスト１１０より約１８ｃｍ前方に設置することが望ましい。この構成により、使用者の足部の誤検知をより確実に回避できる。

図４は、実施の形態１における電動車いす１００と使用者の概略上面図である。図４は、障害物検知センサ１２４の左右方向を説明している。前述のように、ふくらはぎ部分の長さ１３ｃｍを考慮すると、障害物検知センサ１２４を、電動車いす１００の左右対称軸から１３ｃｍ以上外側に設置することが望ましい（図４の矢印１６０参照）。また、着座する場合、両足をぴたっと閉じている状態から握りこぶし一つ程度の約１０ｃｍ分あけてゆったりとした状態であることが多いと考えられるため、障害物検知センサ１２４を、電動車いす１００の左右対称軸から約１８ｃｍ以上外側に設置することが望ましい。加えて、電動車いす１００が移動する場合の通路幅を考慮すると、電動車いす１００の幅は、人が座れる範囲で、できるだけ狭い方がよい。従って、障害物検知センサ１２４を設置する位置は、電動車いす１００の最外周よりも内側とすることが望ましい。

図５は、実施の形態１における電動車いす１００と使用者の概略側面図である。障害物検知センサ１２４は、着座時に足を置くフットレストフレーム１１１の底面より上側に設置する必要がある。この位置にすることにより、フットレストフレーム１１１そのものを誤検知することを回避できる。また、着座状態を考慮すると、足の甲の高さ分さらに高い位置に設置することにより、障害物検知センサ１２４が使用者の足の甲の誤検知をより確実に回避できる。一般的な足の甲の高さは、１０ｃｍ程度である。そのため、障害物検知センサ１２４を、フットレストフレーム１１１よりも１０ｃｍ以上高く設置することが望ましい。また、前輪の補助輪１０５の位置と障害物検知センサ１２４の検知範囲にもよるが、障害物検知センサ１２４の検知範囲が後方まで及ぶ場合には、障害物検知センサ１２４が前輪の補助輪１０５を誤検知することを回避するため、障害物検知センサ１２４を、前輪の補助輪１０５の位置よりも高く設置することが望ましい。

実施の形態１の変形例として、電動車いす１００は、さらに、電動車いす１００の両側のセンサ台１２３より前方の位置に、使用者の足部５００の配置範囲を制限する平板状の足カバー１２５を備えてもよい。この足カバー１２５は、具体的には図２に示すように、足カバー１２５の後端がセンサ台１２３の前端に、横方向沿いにある角度範囲内で回転可能に支持されて、その角度範囲内で回転可能としている。その角度範囲は、使用者が電動車いす１００に対して乗り降りするときに支障がない退避位置２９５と、使用者の足部５００が障害物検知センサ１２４のセンシング範囲２９１内に入らないように足カバー１２５で規制する規制位置２９４との間で回転する範囲である。ここで、退避位置２９５とは、例えば、図２においての電動車いす１００の前後方向沿いの一点鎖線の位置である。また、規制位置２９４とは、例えば、図２の実線位置である。このように、障害物検知センサ１２４の検知時に、足カバー１２５を規制位置２９４に位置させて足カバー１２５で使用者の足部５００を規制できる。ここで、障害物検知センサ１２４の検知時とは、例えば、電動車いす１００に使用者が乗り込んだ後、電動車いす１００で走行するときである。これにより、使用者の足部５００が障害物検知センサ１２４のセンシング範囲２９１内に入らないように足カバー１２５で規制できる。この結果、使用者の足部５００などの本来検知すべきではないものを障害物として間違って検出することを無くすことができる。

足カバー１２５の動作を説明するために、図２に、本電動車いす１００を上から見た図を示している。メインフレーム１０１の前端側に固定されたセンサ台１２３に障害物検知センサ１２４が設置され、電動車いす１００の両側に配置された障害物検知センサ１２４の障害物検知範囲（センシング範囲）２９１が、電動車いす１００の前方で重なるように設定される。

また、足カバー１２５は、障害物検知センサ１２４がセンサ台１２３に固定された箇所と略一致した中心軸２９３で規制位置２９４と退避位置２９５との間で回転するように、センサ台１２３に支持されていてもよい。

実施の形態１の変形例によれば、フットレスト１１０よりもセンサ台１２３の長さ分だけ前方に、障害物検知センサ１２４を配置することができる。図２で一点鎖線で示されたように、シートフレーム１０７は、フットレスト１１０より後方に配置されているため、シートフレーム１０７より障害物検知センサ１２４が前方に配置されている。使用者が、電動車いす１００に搭乗して使用する場合、シートフレーム１０７により使用者の臀部及び大腿部を支え、フットレスト１１０とフットレストフレーム１１１とにより使用者の足部５００を支えている。この場合も、障害物検知センサ１２４がシートフレーム１０７よりも前方でかつフットレストフレーム１１１の先端６００よりシートフレーム１０７側の位置にあるため、障害物検知センサ１２４が、使用者の足部５００を誤って障害物として検知する可能性が非常に低くなる。

さらに、使用者が電動車いす１００に搭乗した後、障害物検知センサ１２４をセンサ台１２３に固定した位置の中心軸と略一致した中心軸を有する中心軸２９３（回転軸）で足カバー１２５を、退避位置２９５から規制位置２９４まで回転させることができる。これにより、障害物検知センサ１２４のセンシング範囲２９１の境界２９２と足カバー１２５の位置とを略一致させることができる（図２の実線の足カバー１２５の規制位置２９４参照）。その結果、センシング範囲２９１の領域に使用者の足部５００がはみ出ないように効果的に制限できる。

これにより、障害物検知センサ１２４がシートフレーム１０７より前方でかつフットレストフレーム１１１の先端６００よりシートフレーム１０７側の位置に設置されているとともに、足カバー１２５を備えてセンシング範囲２９１の領域に使用者の足部５００がはみ出ないように効果的に制限できる。従って、使用者の足部５００などの本来検知すべきではないものを障害物として間違って検出することを無くすことができる。

（実施の形態２）
図６は、実施の形態２における電動車いす３００の概略側面図である。図７は、実施の形態２における電動車いす３００の障害物検知範囲を示す概略上面図である。

電動車いす３００の基本的な構成は、図１の電動車いす１００の構成と同様である。電動車いす３００は、図１の電動車いす１００の構成に加えて、操作レバー３０１と、アームレスト３０２とをさらに備えている。実施の形態２において、図１と同様の構成及び動作については説明を省略する。

操作レバー３０１は、制御コントローラ１０４と接続されている。操作レバー３０１を前後左右に揺動操作することにより、その揺動した方向（進行方向）に電動車いす３００を移動させるように一対の電動モータ１０３が制御される。

すなわち、使用者は、電動車いす３００に搭乗して、電動車いす３００を移動させたい方向と同じ方向に、操作レバー３０１を揺動操作することにより、電動車いす３００を揺動操作する方向と同じ方向に移動させることができる。操作レバー３０１に加えられた前後左右の方向は、制御コントローラ１０４に伝えられる。制御コントローラ１０４は、操作レバー３０１に加えられた方向と同じ方向に電動車いす３００を移動するように、電動モータ１０３を制御する。一対の電動モータ１０３は一対の駆動輪１０２を正逆回転駆動させて、電動車いす３００を移動させる。

また、障害物を検知する障害物検知センサ１２４は、フットレストフレーム１１１の両側部でかつメインフレーム１０１の前端において、前後方向に例えば直方体形状に突出したセンサ台３２３に設置されている。センサ台３２３は、図７に示すように、その後端がメインフレーム１０１の前端に対して左右方向に回転軸３２４の周りに回転可能なように支持されている。センサ台３２３は、制御コントローラ１０４が検出した操作レバー３０１に加えられた方向に基づいて回転するように、回転駆動装置の一例として機能するセンサ台回転用モータ３２５で回転駆動される。すなわち、制御コントローラ１０４は、操作レバー３０１に加えられた方向として、右又は左への移動成分を検出した場合、当該移動成分の方向と同じ側のセンサ台３２３を、電動車いす３００の外側に動かし、障害物を検知する範囲を電動車いす３００の後方に広げることを可能としている。

上記の構成の電動車いす３００において、その動作をより具体的に説明する。図７に、本電動車いす３００を上から見た図を示す。例えば、使用者が電動車いす３００を左方向に移動させるために、操作レバー３０１を左側方向に揺動操作を行った場合、制御コントローラ１０４は、操作レバー３０１に加えられた成分として左側成分を検出する。制御コントローラ１０４が左側成分を検出した場合、制御コントローラ１０４により左側のセンサ台回転用モータ３２５を駆動制御して、電動車いす３００の左側のセンサ台３２３を、電動車いす３００の外側である左側に角度θ２だけ回転軸３２４の周りに回転させる。このとき、センサ台３２３の回転前のセンシング範囲２９１の境界２９２と電動車いす３００の前後方向とのなす角度をθ１とすると、θ１と同等の角度θ２だけ、センサ台３２３を回転させる。このように構成することにより、障害物検知センサ１２４のセンシング範囲２９１を角度θ２（θ１）だけ後方に回転移動させて、変更後のセンシング範囲４９１とすることができる。その結果、変更後のセンシング範囲４９１で、角度θ１の範囲４９２内の後方の障害物を検知することが可能となる。この角度θ１の範囲４９２内の後方の障害物は、変更前のセンシング範囲２９１では、センシング範囲外であるため、検知できなかった障害物である。

なお、障害物検知センサ１２４としては、一般にレーザセンサを使用することが可能であるが、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）センサを用いてもよい。この場合、レーザセンサを用いる場合と比較し、電動車いす３００のコストを低下させることができる。また、ステレオカメラを用いてもよい。この場合、奥行き情報に加え、色情報なども取得できるため、障害物についてより詳細な情報を取得し、的確な障害物回避を実現することができる。

また、センサ台３２３と足カバー１２５とを組合せた構成とすることができる。この構成によって、センサ台３２３の上記の効果に加えて、障害物検知センサ１２４が使用者の足部５００を誤って障害物として検知することを回避することも、同時に可能となる。

実施の形態２によれば、操作レバー３０１に加えられた方向に応じて、障害物検知センサ１２４を支持するセンサ台３２３を電動車いす３００の外側に動かすことができる。これにより、電動車いす３００が左右に移動する場合に、１つの障害物検知センサ１２４で左右側方及び後方の障害物を検知することができる。その結果、センサを追加設置することなく、障害物との衝突のリスクを回避できる。

上記の種々の実施の形態によれば、障害物検知センサ１２４の位置、センサ台１２３，３２３、又は足カバー１２５により、不要な障害物検知を回避できる。また、左右方向の操作時にセンサ台３２３を移動させることによって、従来に比較して障害物の検知範囲を拡大することができる。その結果、障害物を回避して安全に移動できる電動車いす２００、３００を提供できる。

なお、上記の様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

以上のように、上記実施の形態によれば、障害物検知センサがシートフレームより前方の位置に設置することにより、使用者の足部などの本来検知すべきではないものを障害物として間違って検出することを無くすことができる。

本開示の電動車いすは、障害物検知センサがシートフレームより前方の位置に設置されていることにより、使用者の足部などの不要な障害物を検知することを回避することができる。その結果、介護又は福祉分野などで屋内外の移動が必要な領域で使用される電動車いすとして有用である。

１００ 電動車いす
１０１ メインフレーム
１０２ 駆動輪
１０３ 電動モータ
１０４ 制御コントローラ
１０５ 補助輪
１０６ 着座シート
１０７ シートフレーム
１０８ 背もたれ部
１０９ シートバックフレーム
１１０ フットレスト
１１１ フットレストフレーム
１１２ 車輪部
１２１ アクチュエータ
１２２ アクチュエータ
１２３ センサ台
１２４ 障害物検知センサ
１２５ 足カバー
１５０ 矢印
１６０ 矢印
２９１ センシング範囲
２９２ 境界（センシング範囲の境界）
２９３ 中心軸（回転軸）
２９４ 規制位置（センシング範囲の境界と略一致した足カバーの位置）
２９５ 退避位置
３００ 電動車いす
３０１ 操作レバー
３０２ アームレスト
３２３ センサ台
３２４ 回転軸
３２５ センサ台回転用モータ
４９１ 変更後のセンシング範囲
４９２ 角度θ１の範囲
５００ 使用者の足部
６００ 先端

Claims (7)

1. メインフレームと、
   前記メインフレームの上方に配置されて、使用者の臀部及び大腿部を支える着座シートを支持するシートフレームと、
   前記メインフレームの後方に配置されて、前記使用者の背部を支える背もたれ部を支持するシートバックフレームと、
   前記メインフレームの前方に配置されて、前記使用者の足部を支えるフットレストを支持するフットレストフレームと、
   前記メインフレームを移動可能に支持する車輪部と、
   前記シートフレームより前方に設置されて、障害物を検知する障害物検知センサと、
   前記障害物検知センサの検知時に、前記障害物検知センサが検知する範囲に前記使用者の足部が入らないように規制する足カバーと、
   を備える
   電動車いす。
2. 前記障害物検知センサは、前記フットレストよりも前方に設置されている
   請求項１に記載の電動車いす。
3. 前記障害物検知センサは、前記フットレストフレームの先端よりもシートフレーム側の位置に設置されている
   請求項１に記載の電動車いす。
4. 前記フットレストフレームは、Ｌ字状に形成されている
   請求項３に記載の電動車いす。
5. 前記メインフレームから前方に突出したセンサ台をさらに備え、
   前記障害物検知センサは、前記センサ台に設置されている
   請求項１に記載の電動車いす。
6. 前記足カバーは、前記センサ台に設置されている
   請求項１に記載の電動車いす。
7. 前記使用者が前記電動車いすを進行方向に進められるように前後左右に揺動可能な操作レバーと、
   前記操作レバーに加えられた前後左右の揺動方向を検知し、前記車輪部の動作を制御する制御コントローラと、
   前記操作レバーに加えられた方向として、右又は左への移動成分を検出した場合、前記移動成分の方向と同じ側の前記センサ台を、前記電動車いすの外側に動かす回転駆動装置と、
   をさらに備える
   請求項５に記載の電動車いす。

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