JP6377888B2 - 姿勢可変立位式移動装置及びその制御方法 - Google Patents
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Description
前記車輪を回転駆動する車輪駆動手段と、
前記移動ベースに搭乗者の足を固定する足固定部と、
前記搭乗者の上体の前方向への体重移動に応じて座位姿勢から立位姿勢に変化、及び立位姿勢から座位姿勢に変化させる際の体重移動に伴って当該搭乗者の動作を支援する姿勢支援機構と、を備え、
前記車輪駆動手段は、前記搭乗者の上体が前記姿勢支援機構により立位姿勢に保持された状態で前記移動ベースを移動させることを特徴とする。
図1は本発明による姿勢可変立位式移動装置の一実施形態を示す斜視図である。図2は搭乗者が立位姿勢で移動可能な状態を示す側面図である。図3は搭乗者が立位姿勢で移動可能な状態を示す背面側からみた斜視図である。図4は駆動輪を支持するリンク機構及び膝サポートを示す正面図である。
図6は姿勢支援機構20の構成を示す側面図である。図6に示されるように、姿勢支援機構20は、第1の回動部材120と、第2の回動部材130と、第1のガススプリング(第1の押圧手段)140、140Aと、第2のガススプリング(第2の押圧手段)150、150Aと、外骨格構造体26(図6では図示を省略)とを有する。
また、第2のガススプリング150、150Aの発生モーメントも同様に演算することができる。第1のガススプリング140、140A及び第2のガススプリング150、150Aによる発生モーメントは、搭乗者Pの体重による負荷モーメントに対応するように設定されている。すなわち、各ガススプリング140、140A、150、150Aの取付位置と発生する所定の押圧力とによって決まる発生モーメントが当該搭乗者Pの体重移動によって、負荷モーメントが減少し、相対的にガススプリングによる発生モーメントが大きくなったとき、搭乗者Pが座位姿勢から立位姿勢へ変化する際の膝関節が伸展方向に動作が支援される。また、搭乗者Pが立位姿勢から座位姿勢へ変化する際の動作も同様に支援される。
同様に、角度80°〜100°のエリアは、足首関節の動き(図10に示すθ2)を表し、図10(C)に示す足首角度θ2=80°から図10(B)に示す足首角度θ2=100°に対応する。つまり、グラフIV〜VIは、図10に示す角度θ2を80°〜100°の間で動かした時のモーメントをプロットしたものである。このとき、第1回動部材120と第2の回動部材130とは、伸縮ロックされた第1のガススプリング140により結合されているため、膝角度θ1は足首角度θ2が20°増加するのに伴い、0°から20°に変化する。
図11は姿勢可変立位式移動装置の制御系を示すブロック図である。図11に示されるように、制御部70は、マイクロコンピュータなどからなり、モータ44、54及び電磁ブレーキ46、56、バッテリ80、上体を検知する姿勢検知センサ170、180が電気的に接続されている。さらに、制御部70には、膝角度θ1を検知する膝角度センサ190、足首角度θ2を検知する足首角度センサ192が電気的に接続されている。尚、膝角度センサ190は、図6中の軸132又は軸132に連結されたギヤ等に設けられ、足首角度センサ192は図6中の軸122又は軸122に連結されたギヤ等に設けられている。そのため、膝角度センサ190は、第1の回動部材120と第2の回動部材130との相対回動角度を膝関節角度として検出するポテンショメータからなる。また、足首角度センサ192は、支持板160に対する第1の回動部材120の相対回動角度を足首角度として検出するポテンショメータからなる。
続いて、ステップS15に進み、搭乗者Pの上体(腰部及び胴体部)が前傾姿勢か否かをチェックする。ステップS15において、搭乗者Pの上体(腰部及び胴体部)が前傾姿勢であると判定された場合(YESの場合)、ステップS16に進み、移動意思が前進であると判定して電磁ブレーキ46、56をオフにして駆動輪40,50の制動を解除する。続いて、ステップS17では、モータ制御量を演算して左右のモータ44、54を同時に前進方向に駆動する。これで、搭乗者Pは立位姿勢のまま前進することができる。この後は、上記ステップS12の処理に戻る。
また、上記ステップS15において、搭乗者Pの上体(腰部及び胴体部)が前傾姿勢でない場合(NOの場合)、ステップS20に進み、搭乗者Pの上体(胴体部)が後傾姿勢か否かを判定する。ステップS20において、搭乗者Pの上体(胴体部)が後傾姿勢であると判定された場合(YESの場合)、ステップS21に進み、電磁ブレーキ46、56をオフにして駆動輪40,50の制動を解除する。続いて、ステップS22では、モータ制御量を演算して左右のモータ44、54を同時に後退方向に駆動する。これで、搭乗者Pは立位姿勢のまま後退することができる。この後は、上記ステップS12の処理に戻る。
また、上記ステップS20において、搭乗者Pの上体(胴体部)が後傾姿勢でないと判定された場合(NOの場合)、ステップS23に進み、搭乗者Pの上体(胴体部)が右傾姿勢か否かを判定する。ステップS23において、搭乗者Pの上体(胴体部)が右傾姿勢であると判定された場合(YESの場合)、ステップS24に進み、搭乗者Pが右旋回の移動意思を指示しているものと判定し、電磁ブレーキ46、56をオフにして駆動輪40,50の制動を解除する。
また、上記ステップS23において、搭乗者Pの上体(胴体部)が右傾姿勢でないと判定された場合(NOの場合)、ステップS26に進み、搭乗者Pの上体(胴体部)が左傾姿勢か否かを判定する。ステップS26において、搭乗者Pの上体(胴体部)が左傾姿勢であると判定された場合(YESの場合)、ステップS27に進み、搭乗者Pが左旋回の移動意思を指示しているものと判定して電磁ブレーキ46、56をオフにして駆動輪40,50の制動を解除する。
また、上記ステップS26において、搭乗者Pの上体(胴体部)が左傾姿勢でないと判定された場合(NOの場合)、ステップS29に進み、搭乗者Pの上体(胴体部)が前傾右傾姿勢か否かを判定する。ステップS29において、搭乗者Pの上体(胴体部)が前傾右傾姿勢であると判定された場合(YESの場合)、ステップS30に進み、搭乗者Pが前進右旋回の移動意思が指示されたものと判定して電磁ブレーキ46、56をオフにして駆動輪40,50の制動を解除する。
また、上記ステップS29において、搭乗者Pの上体(胴体部)が前傾右傾姿勢でないと判定された場合(NOの場合)、ステップS32に進み、搭乗者Pの上体(胴体部)が前傾左傾姿勢か否かを判定する。ステップS32において、搭乗者Pの上体(胴体部)が前傾左傾姿勢であると判定された場合(YESの場合)、ステップS33に進み、搭乗者Pが前進左旋回の移動意思を指示していると判定し、電磁ブレーキ46、56をオフにして駆動輪40,50の制動を解除する。
また、上記ステップS32において、搭乗者Pの上体(胴体部)が前傾右傾姿勢でないと判定された場合(NOの場合)、ステップS35に進み、搭乗者Pの上体(胴体部)が後傾右傾姿勢か否かを判定する。ステップS35において、搭乗者Pの上体(胴体部)が後傾右傾姿勢であると判定された場合(YESの場合)、ステップS36に進み、搭乗者Pが後退右旋回の移動意思を指示しているものと判定して電磁ブレーキ46、56をオフにして駆動輪40,50の制動を解除する。
また、上記ステップS35において、搭乗者Pの上体(胴体部)が後傾右傾姿勢でないと判定された場合(NOの場合)、ステップS38に進み、搭乗者Pの上体(胴体部)が後傾左傾姿勢か否かをチェックする。ステップS38において、搭乗者Pの上体(胴体部)が後傾右傾姿勢であると判定された場合(YESの場合)、ステップS39に進み、搭乗者Pが後退左旋回の移動意思を指示しているものと判定して電磁ブレーキ46、56をオフにして駆動輪40,50の制動を解除する。
また、上記ステップS38において、搭乗者Pの上体(胴体部)が後傾右傾姿勢でないと判定された場合(NOの場合)、ステップS41に進み、搭乗者Pの安全にため、左右のモータ44、54への通電を遮断して回生ブレーキを作動すると共に、電磁ブレーキ46、56をオンにして駆動輪40,50を制動して停止させる。
20 姿勢支援機構
22 膝サポータ
24 上体サポート部
26 外骨格構造体
28 腰部固定帯
29 胴体固定帯
30 移動ベース
40、50 駆動輪
41、51 車軸
42、52 モータユニット
44、54 モータ(車輪駆動手段)
46、56 電磁ブレーキ
60、62 従動輪
70 制御部
80 バッテリ
90 駆動輪支持機構
91、92 垂直アーム
93 上部水平アーム
94 下部水平アーム
95 垂直ブラケット
96、97 コイルバネ
100 従動輪支持機構
110 足固定ベルト(足固定部)
112 V字ブラケット
114、115 車輪支持部
120 第1の回動部材
122、132 軸
124、136 嵌合ピン
126、162 円弧状穴
130 第2の回動部材
138 固定部
140、140A 第1のガススプリング(第1の押圧手段)
150、150A 第2のガススプリング(第2の押圧手段)
160 支持板
170、180 姿勢検知センサ
190 膝角度センサ
192 足首角度センサ
200 椅子
Claims (10)
- 車輪を有する移動ベースと、
前記車輪を回転駆動する車輪駆動手段と、
前記移動ベースに搭乗者の足を固定する足固定部と、
前記搭乗者の上体の前方向への体重移動に応じて座位姿勢から立位姿勢に変化、及び立位姿勢から座位姿勢に変化させる際の体重移動に伴って当該搭乗者の動作を支援する姿勢支援機構と、を備え、
前記姿勢支援機構は前記移動ベースの中央に起立して設置され、前記搭乗者が立位姿勢になったときに前記搭乗者の膝に当接する一対の膝サポートと、前記搭乗者の腰部付近に延存形成されて大腿部の後ろ側を支持する外骨格構造体とを有し、前記一対の膝サポートと前記外骨格構造体とで前記立位姿勢を支援し、
前記車輪駆動手段は、前記搭乗者の上体が前記姿勢支援機構により立位姿勢に保持された状態で前記移動ベースを移動させ、
前記外骨格構造体は前記姿勢支援機構の回動部に接続され、座位姿勢のときに移動面と平行になる第1位置と、立位姿勢のときに前記移動面に対して起立する第2位置との間で回動可能であることを特徴とする姿勢可変立位式移動装置。 - 前記姿勢支援機構の前記回動部は、
前記移動ベース上に起立し、前後方向に回動可能に支持された第1の回動部材と、
前記第1の回動部材の上端に上下方向に回動可能に連結された第2の回動部材と、
前記第1の回動部材を前方向に押圧する第1の押圧手段と、
前記第2の回動部材を上方向に押圧する第2の押圧手段と、
を有し、前記外骨格構造体は前記第2の回動部材の上部に固定され、前記外骨格構造体の端部に連結されて前記搭乗者の上体に固定される上体固定帯をさらに有し、
前記第1の回動部材、前記第2の回動部材及び前記外骨格構造体は、前記第1の押圧手段と、前記第2の押圧手段の押圧力を前記上体固定帯に伝達して当該搭乗者の前記座位姿勢の膝関節および足首関節を伸展方向に支援することを特徴とする請求項1に記載の姿勢可変立位式移動装置。 - 前記第1の押圧手段と、前記第2の押圧手段は、負荷に対する伸縮動作方向に所定の押圧力を発生するガススプリングであることを特徴とする請求項2に記載の姿勢可変立位式移動装置。
- 前記ガススプリングは、前記膝関節に作用する当該搭乗者の体重に基づく負荷モーメントの遷移範囲内に対応する押圧力を発生させることを特徴とする請求項3に記載の姿勢可変立位式移動装置。
- 前記ガススプリングは、前記搭乗者の上体の前後方向の動作に伴う体重移動による負荷モーメントに対する押圧力を発生し、前記押圧力による発生モーメントが前記体重移動による負荷モーメントを超える場合に前記搭乗者の座位姿勢から立位姿勢に変化する際の動作を支援するように取り付けられたことを特徴とする請求項3又は4に記載の姿勢可変立位式移動装置。
- 前記ガススプリングは、伸縮動作をロックするロック機構を有し、前記ロック機構のロック解除により押圧力を発生させる伸縮固定機能付きガススプリングであることを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の姿勢可変立位式移動装置。
- 前記搭乗者が立位姿勢の状態で当該搭乗者の上体の動きを検知する動作検知手段と、
前記動作検知手段により検知された当該上体の動作に応じた制御信号を生成する制御手段と、
を備え、
前記車輪駆動手段は、立位姿勢の当該搭乗者の上体の動きに応じて前記車輪を回転駆動することを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の姿勢可変立位式移動装置。 - 前記制御手段は、
搭乗者Pの姿勢を判定する姿勢判定手段と、
搭乗者Pが立位姿勢の状態で当該搭乗者Pの上体の動きから移動意思を判定する移動意思判定手段と、
判定された移動意思に基づいて前記車輪駆動手段への制御信号を演算する演算手段と、
当該立位姿勢の搭乗者の上体の動きに応じて前記車輪の回転、停止、回転方向を制御することを特徴とする請求項7に記載の姿勢可変立位式移動装置。 - 前記移動ベースは、
前記車輪駆動手段により駆動される駆動輪と、
前記駆動輪の回転駆動に追従する従動輪と有し、
前記従動輪は、前記駆動輪よりも小径であり、且つ低位置に旋回可能に支持されることを特徴とする請求項1〜8の何れかに記載の姿勢可変立位式移動装置。 - 請求項1〜9のいずれかに記載された姿勢可変立位式移動装置の制御方法であって、
搭乗者の上体の動きを検知して当該搭乗者の姿勢を判定するステップ1と、
前記搭乗者が立位姿勢の状態で当該搭乗者の上体の動きから移動意思を判定するステップ2と、
判定された移動意思に基づいて前記車輪駆動手段への制御信号を演算するステップ3と、
当該立位姿勢の搭乗者の上体の動きに応じて前記車輪の回転、停止、回転方向、速さを制御するステップと、
を有することを特徴とする姿勢可変立位式移動装置の制御方法。
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