JP7555145B2 - 操縦者同乗式の駆動アシスト電動装置 - Google Patents

Description

本発明は、各種手動推進車両に着脱可能で操縦者も同乗して操縦可能で、各種センサーや各種無線通信装置等からの各種情報でも制御可能な、駆動アシスト電動装置に関する。

従来、車椅子に乗る使用者自身が操縦する電動車椅子は多数存在する。既存の手押し車椅子に着脱可能で車椅子に乗る使用者自身が操縦する駆動アシスト電動装置も存在はする。然しながら、介助者が操縦可能な電動装置は極めて限定的で選択肢が限られている。また、介助者も同乗可能で既存の手押し車椅子に着脱可能な駆動アシスト電動装置は存在しない。さらに、歩道や側道等の段差や傾斜等の路面情報に基づいた制御が可能な駆動アシスト電動装置は存在しない。

特許文献１には、「車椅子に着脱可能であり、車椅子の動力アシストを行う補助動力装置において、駆動手段は電動モータであって、負荷状態を検出する負荷検出手段をさらに有し、変位を開始した後に負荷が所定値よりも大きくなった場合、駆動を停止することを特徴とする車椅子の補助動力装置」が開示されている。また、特許文献２には、「モータの駆動により回転する電動車輪と、前記電動車輪のモータに電圧を印加する電気回路とから構成される電動補助機」が開示されている。

また、特許文献３には、「電動車椅子の後部に介助者が立った状態で同乗出来るステップと介助者が操作できる操縦装置を設けたことを特徴とする介助者操縦型の二人乗り電動車椅子」が開示されている。

特開２００１―３２７５４４号公報 特開２０１０－２０７４５４号公報 実用新案登録３１３１７４６号公報

特許文献１乃至２に記載の「補助動力装置」や「電動補助機」は、手押し車椅子の駆動をアシストするモーター及びバッテリーによる電動補助機能を備えてはいるものの、車椅子に乗る使用者が自ら操縦することを想定した設計であるため、介助者が操縦できない不都合がある。

また、特許文献３に記載のステップは介助者を同乗可能にし、さらに同特許文献３に記載の操縦装置は同乗した介助者が電動機能を操縦するが、操縦者を車椅子使用者から介助者に変更はしているものの、従来の４輪の電動車椅子を二人乗りに変更したため、車椅子そのものが大型化し重量が増し費用も高額となる不都合がある。

既存の手押し車椅子等の各種手動推進車両において、着脱が可能であり、介助者による操縦が可能であり、介助者である操縦者がステップに同乗が可能であり、さらに各種センサーや各種無線通信装置等からの各種情報により駆動を制御可能とすることができれば、各種手動推進車両の操縦時の利便性を向上できる。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、各種手動推進車両に後付けのうえ、操縦者もステップに同乗して操縦できるようにして、各種センサーや各種無線通信装置等からの各種情報による制御も可能にした、駆動アシスト電動装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、駆動輪を回転させる駆動モーターと、駆動モーターの回転を制御する制御装置と、操縦者が制御装置の操作と左右方向の操舵を行う操縦装置と、駆動モーターと制御装置と操縦装置と各種センサーと無線通信装置に電力を供給するバッテリーと、操縦者も同乗可能とするステップと、自位置や路面状態を測定する各種センサーと、クラウド等のサーバ類と位置情報や路面情報を送受信する各種無線通信装置を備え、車椅子等の各種手動推進車両の駆動を電動によりアシスト及び制御することを特徴とする駆動アシスト電動装置である。

本発明の一実施形態における駆動アシスト電動装置において、駆動輪を有して各種手動推進車両の駆動をアシストし、ステップを有し、操縦者はそのステップに乗車して駆動アシスト電動装置を操縦してもよいし、そのステップに乗車せずに折り畳んで駆動アシスト電動装置の電動アシスト機能で車椅子を押してもよい。また、各種手動推進車両に着脱しない場合、操縦者がステップに乗車する単独の電動移動装置であってもよい。

駆動アシスト電動装置は、進行方向及び周囲に存在する障害物を検知可能な、超音波センサー、ミリ波レーダー、画像センサー、ＴＯＦセンサー、レーダー、ＬｉＤＡＲ等の各種センサーをさらに備え、各種センサーが検知した障害物情報に基づいて、制御装置は駆動モーターによる車輪の回転数を制御する衝突回避機能、を備えてもよい。

駆動アシスト電動装置は、ジャイロセンサー、加速度センサー、画像センサー、ＴＯＦセンサー、レーザー、ＬｉＤＡＲ等の各種センサーを備え、駆動アシスト電動装置が通過する歩道や側道等の段差や傾斜等を測定のうえ記録する路面情報の収集や通知機能、を備えてもよい。

駆動アシスト電動装置は、ＧＰＳ、ＩＭＥＳ、ＢＥＡＣＯＮ、Ｗｉ－Ｆｉ、ＲＦＩＤ、ＵＷＢ、Ｑｕｕｐａ、超音波、地磁気等の各種無線通信装置等をさらに備え、駆動アシスト電動装置の位置を測定のうえ記録する位置情報の収集機能、を備えてもよい。

駆動アシスト電動装置は、３Ｇ、４Ｇ、５Ｇ、ＬＰＷＡ、ＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉ－Ｆｉ、ＢｌｕｅＴｏｏｔｈ、ＮＦＣ、ＲＦＩＤ、ＵＷＢ等の各種無線通信装置をさらに備え、駆動アシスト電動装置が通過する位置情報に路面情報を付加した詳細地図生成機能と、前記詳細地図情報をクラウド等のサーバ類や他の駆動アシスト電動装置と送受信や蓄積及び更新する無線通信機能、を備えてもよい。

駆動アシスト電動装置は、測定及び受信された位置情報及び路面情報に基づいて駆動アシスト電動装置を制御して、段差や路面状態に応じて経路を選択する機能、及び、速度やトルクを調整する制御機能、を備えてもよい。

本発明の駆動アシスト電動装置によれば、車椅子等の各種手動推進車両に駆動アシスト電動装置を着脱可能となり、操縦者が前記駆動アシスト電動装置を操縦可能となり、操縦も同乗可能とするステップを設けたため操縦者を乗せて移動をすることもできる。

さらに、障害物検知センサー、位置センサー、路面センサーを備えることにより、各種センサーからの信号に基づいて前記駆動アシスト電動装置を自動的に制御することができるだけではなく、無線通信装置を備えることにより位置情報及び路面情報が送受信可能となり、駆動アシスト電動装置同士だけでなく他の装置類にも蓄積された地図情報として提供及び活用することができる。

本発明の一実施形態の駆動アシスト電動装置１の機構を示す外観図である。 本発明の一実施形態の駆動アシスト電動装置１の構成例のブロック図である。 本発明の一実施形態の駆動アシスト電動装置１の模式側面図である。 本発明の一実施形態の駆動アシスト電動装置１の模式背面図である。 本発明の一実施形態の駆動アシスト電動装置１の模式上面図である。 本発明の一実施形態の駆動アシスト電動装置１の駆動輪１００を１輪、補助輪２００を使用しない場合の、各種手動推進車両の一例である車椅子の後輪車軸との取付位置を示す模式側面図と模式背面図と模式上面図、及び、操舵と駆動輪１００と車椅子の３つの移動方向を示す模式上面図である。 本発明の一実施形態の駆動アシスト電動装置１の駆動輪１００を１輪、補助輪２００を２輪とした場合の、操縦装置２０と駆動輪１００との間での操舵反転機能の例を示す模式側面図と模式背面図、及び、操舵と駆動輪１００と車椅子の３つの移動方向を示す模式上面図である。 本発明の一実施形態の駆動アシスト電動装置１の取付器具の先端構造を示す外観図、及び、本発明の一実施形態の駆動アシスト電動装置１の駆動輪１００を１輪、補助輪２００を２輪として、各種手動推進車両の一例である車椅子に取り付けた場合の、模式側面図と模式背面図である。

以下、諸図面を参照しながら、本発明の一実施態を説明する。本発明の一実施態において、各種手動推進車両に後方から着脱可能で、手動推進車両の駆動をアシストする電動装置が設けられており、手動推進車両を押す操縦者によって操縦され、操縦者が乗車するためのステップを設けたため、操縦者を乗せて移動可能とする、駆動アシスト電動装置１を提供することができる。なお、各種手動推進車両は、特に例えば、車椅子やベビーカー、ショッピングカート、空港トロリー、貨物運搬用台車、または、類似の手動推進車両である。

図１は、本発明の一実施形態の駆動アシスト電動装置１の機構を示す外観図である。
図１に示すように、駆動アシスト電動装置１は、ステップ１０、操縦装置２０、制御装置３０、バッテリー４０、駆動モーター５０、無線通信装置６０、位置センサー７０、障害物検知センサー８０、路面センサー９０、駆動輪１００、補助輪２００を含む。尚、図３、図４、図５、図６、図７が示すように、例えば、駆動輪１００は１輪であっても２輪であってもよいし、補助輪２００は２輪であっても１輪であっても無くてもよい。

ステップ１０は、駆動アシスト電動装置１の操縦者が乗車することを目的とした踏台であり、駆動輪１００や補助輪２００により支えられる。本発明の一実施形態において、駆動アシスト電動装置１は、駆動アシスト電動装置１を操縦する操縦者を乗せた状態で、移動可能である。また、操縦者がステップ１０に乗らない場合はステップ１０を跳ね上げた状態にして、操縦者が駆動アシスト電動装置１を操縦しながら各種手動推進車両を押してもよい。ステップ１０は、例えば、重さに耐える耐久性のある踏台であり、例えば、金属や合成樹脂等により構成されるが、これらの例に限られず、耐久性のある素材であればどのような素材で構成されてもよい。

操縦装置２０は、例えば、操舵ハンドルやジョイスティック等を含み、制御装置３０を通じて駆動アシスト電動装置１の駆動モーター５０の制御を可能にする。本発明の一実施形態において、駆動アシスト電動装置１の操縦者は、操縦装置２０の操舵ハンドルやジョイスティック等を操縦することにより、駆動アシスト電動装置１を前後左右に全体的に動かすことができる。
例えば、車椅子に接続する場合、図６が示すように、車椅子の後輪車軸間の同一直線上で車椅子の後輪と同一回転方向に駆動輪１００を取り付けることで、操縦者は操縦装置２０により車椅子等の各種手動推進車両の前輪キャスターを操舵することができる。
また、例えば、車椅子に接続する際に、図７が示すように、車椅子の後輪車軸間の同一直線上に駆動輪１００を取り付けない場合、操縦装置２０と駆動輪１００との間に歯車等を設けることで、操縦者は操縦装置２０の操舵と同一方向に車椅子等の各種手動推進車両を操舵させることができる。

制御装置３０は、操縦装置２０からの各種指示に基づいて、駆動モーター５０に対して、前記指示に従った駆動を行うための制御信号を通知し、駆動輪１００の回転を制御する。例えば、制御装置３０は、操縦装置２０からの指示に基づいて回転数を決定し、駆動モーター５０に対して、所定の回転数で回転させるための制御信号を通知する。

バッテリー４０は、制御装置３０を通じて、操縦装置２０、駆動モーター５０、無線通信装置６０、位置センサー７０、障害物検知センサー８０、路面センサー９０に電力を供給する。バッテリー４０は、駆動モーターの回生により充電されてもよい。バッテリー４０は、例えば、充電可能な畜電池や、取り換え可能な電池など、各種電池である。

駆動モーター５０は、制御装置３０からの信号に基づき駆動輪１００の回転を制御可能とする。駆動モーター５０は、電源オフ時には空転して、操縦者が手動により駆動アシスト電動装置１を手押しすることを可能とする。駆動モーター５０は、例えば、下り坂では回転を制御することで速度を抑えることが可能であり、また、回生により制御装置３０を通じてバッテリー４０への充電も可能である。

無線通信装置６０は、位置センサー７０や路面センサー８０が測定した位置情報や路面情報を、例えば、クラウド等のサーバ類や他の駆動アシスト電動装置１と送受信するする機能を備える。無線通信装置６０は、例えば、３Ｇ、４Ｇ、５Ｇ、ＬＰＷＡ、ＺｉｇＢｅｅ、ＲＦＩＤ、Ｗｉ－Ｆｉ、ＢｌｕｅＴｏｏｔｈ、ＮＦＣ、ＵＷＢ等の各種無線通信装置である。

位置センサー７０は、駆動アシスト電動装置１の自位置を測定する機能を備える。位置センサー７０により測定された位置情報に基づき、例えば、屋外や屋内の地図生成や位置整合しても良い。位置センサー７０は、例えば、駆動アシスト電動装置１を目的地へ誘導してもよい。位置センサー７０は、例えば、ＧＰＳ、ＩＭＥＳ、ＢＥＡＣＯＮ、Ｗｉ－Ｆｉ、ＲＦＩＤ、ＵＷＢ、Ｑｕｕｐａ、超音波、地磁気等の各種センサーである。

障害物検知センサー８０は、例えば、駆動アシスト電動装置１の主に進行方向及び周囲に存在する障害物を検知する機能を備える。障害物検知センサー８０が検知した障害物情報は、制御装置３０に出力され、同時に操縦装置２０に出力されることで操縦者にも通知される。障害物検知センサーは、例えば、超音波センサー、ミリ波レーダー、画像センサー、ＴＯＦセンサー、レーダー、ＬｉＤＡＲ等の各種センサーである。

路面センサー９０は、例えば、駆動アシスト電動装置１が通過する歩道や側道等の段差や傾斜等を測定する機能を備える。路面センサー９０により測定された歩道や側道等の段差や傾斜等の路面情報に基づき、例えば、制御装置３０を通じて駆動モーター５０を制御可能である。路面センサー９０は、例えば、ジャイロセンサー、加速度センサー、画像センサー、ＴＯＦセンサー、レーザー、ＬｉＤＡＲ等の各種センサーである。

駆動輪１００は、駆動モーター５０の動力を伝達し、駆動アシスト電動装置１を移動させるための車輪であり、補助輪２００は、ステップ１０を支える車輪である。
例えば、駆動輪１００が１輪の場合、駆動アシスト電動装置１の進行方向に対して左又は右に向くように物理的に操舵してもよい。
また、例えば、駆動輪１００が２輪の場合、駆動モーター５０が２つ設けられ、操縦装置２０のジョイスティック等から制御装置３０に左右の回転速度の差を指示し、駆動アシスト電動装置１の進行方向を左右に変更可能である。駆動輪１００や補助輪２００の材質は、例えば、樹脂製のタイヤなどの各種タイヤを用いることができる。

図５の右部は、駆動アシスト電動装置１の駆動機能及び制御機能を示すブロック図である。図５の右部に示すように、操縦装置２０、制御装置３０、バッテリー４０、駆動モーター５０の構成により、各種手動推進車両の駆動をアシストする電動装置としての基本機能となる駆動機能及び制御機能を備える。

図５の左部は、駆動アシスト電動装置１のセンシング及び無線通信機能を示すブロック図である。図５の左部に示すように、位置センサー７０、障害物検知センサー８０、路面センサー９０は、制御装置３０に信号を通知する機能を備える。

図５の左部にある、位置センサー７０により測定された位置情報と、路面センサー９０により測定された歩道や側道等の段差や傾斜等の路面情報を重ね合わせて、無線通信装置６０を通じてクラウド等のサーバ類や他の駆動アシスト電動装置と送受信することが可能である。本発明の一実施形態において、無線通信装置６０から受信した蓄積情報より、駆動アシスト電装置１の進行方向及び周辺の路面状態の予測が可能である。

制御装置３０は、操縦装置２０からの操縦者による操縦情報に基づき制御されるが、例えば、位置センサー７０、障害物検知センサー８０、路面センサー９０からの各種リアルタイム情報や、さらに、例えば無線通信装置６０からの蓄積情報に基づいて、駆動モーター５０を制御することも可能である。

本発明の一実施形態において、駆動アシスト電動装置１の進行方向及び周辺に存在する障害物や路面状態を、障害物検知センサー８０や路面センサー９０及び位置センサー７０が検知するか無線通信装置６０から受信した蓄積情報から予測して、制御装置３０は駆動アシスト電動装置１を減速または停止させるか否かを判定可能である。
例えば、制御装置３０は、駆動アシスト電動装置１の進行方向及び周辺に障害物や段差等をリアルタイムに検知した場合、駆動アシスト電動装置１を減速または停止させると判定し、駆動モーター５０に減速または停止信号を通知する。
また、制御装置３０は、例えば、無線通信装置６０から受信した蓄積情報に基づいて駆動アシスト電動装置１の進行方向及び周辺にある障害物や段差等と一定の距離に近づいた場合、駆動アシスト電動装置１を減速または停止させるまでの時間を計算し、前記時間内に減速または停止させることを駆動モーター５０に要求する。
駆動モーター５０は、制御装置３０からの要求に応じて駆動輪１００の回転を制御して、要求時間内に駆動アシスト電動装置１を減速または停止可能である。

本発明の一実施形態において、図１０が示す通り、駆動アシスト電動装置１は各種手動推進車両のフレームやハンドル等に後方から上下左右の合計４点以上で取り付けられる。上部は固定されていても良いし、駆動輪１００を直接左右に操舵するように取り付けても良い。下部は駆動輪が通行面と設置するように取り付けられる。駆動アシスト電動装置１の取付器具は、あらゆる各種手動推進車両に取り付けられるように、例えば、その長さが伸縮しても良いし、さらに上下左右に稼働しても良いし、また、例えば、その先端はフレームやハンドルを挟んで締める構造により着脱を容易にしても良い。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに。注意されたい従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各段階やステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段や段階やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
また、上記実施の形態に示す構成を適宜組み合わせることとしてもよい。

１ 駆動アシスト電動装置
１０ ステップ
２０ 操縦装置
３０ 制御装置
４０ バッテリー
５０ 駆動モーター
６０ 無線通信装置
７０ 位置センサー
８０ 障害物検知センサー
９０ 路面センサー
１００ 駆動輪
２００ 補助輪

Claims (3)

1. 各種手動推進車両の駆動をアシストし、前記各種手動推進車両の後部から取り付ける駆動アシスト電動装置であって、
   少なくとも１つの駆動輪を回転させる駆動部と、
   前記駆動部による前記駆動輪の回転を制御する制御部と、
   前記制御部の操作と前記各種手動推進車両の移動方向を操舵する操縦部と、
   前記駆動部と前記制御部と前記操縦部に電力を供給するバッテリーと、
   操縦者が乗車可能なステップと、
   ヨーイング方向において、前記駆動輪を、前記操縦部による操舵方向と逆の方向に回転させる反転機能と、
   を備える特徴とする駆動アシスト電動装置。
2. 前記駆動アシスト電動装置の自位置を測定可能な位置センサー部をさらに備え、
   前記駆動アシスト電動装置が通過する歩道若しくは側道の段差若しくは傾斜を測定可能な路面センサー部をさらに備え、
   前記位置センサー部若しくは前記路面センサー部が測定した位置情報若しくは路面情報を組み合わせた地図情報を生成することを特徴とし、
   また、無線通信部をさらに備え、
   サーバ若しくは他の前記駆動アシスト電動装置と前記地図情報を送受信、蓄積、分析、予測、制御することを特徴とする請求項１に記載の駆動アシスト電動装置。
3. 前記駆動アシスト電動装置の進行方向及び周囲に存在する障害物を検知可能な障害物検知センサー部をさらに備え、
   前記障害物検知センサー部が検知した前記障害物若しくは前記地図情報に基づいて、前記制御部は前記駆動部による前記駆動輪の回転数を制御することを特徴とし、また、
   前記地図情報に基づき前記操縦部による操舵と前記駆動輪の回転数を制御のうえ、前記駆動アシスト電動装置を目的地へ誘導することを特徴とする請求項２に記載の駆動アシスト電動装置。