JPH09215713A - 補助動力付き車椅子 - Google Patents

補助動力付き車椅子

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JPH09215713A
JPH09215713A JP8027040A JP2704096A JPH09215713A JP H09215713 A JPH09215713 A JP H09215713A JP 8027040 A JP8027040 A JP 8027040A JP 2704096 A JP2704096 A JP 2704096A JP H09215713 A JPH09215713 A JP H09215713A
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Atsushi Uchiyama
敦 内山
Hiroaki Ogata
宏彰 尾方
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Yamaha Motor Co Ltd
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S180/00—Motor vehicles
    • Y10S180/907—Motorized wheelchairs

Abstract

(57)【要約】 【課題】 乗り手の負担を軽減でき、手動車椅子と同様
の操作感を実現することができる補助動力付き車椅子を
提供する。 【解決手段】 車両の進行方向に向かって左右に配置さ
れた二つの駆動輪２, ２の何れか一方又は両方に加えら
れた人力と、該人力に基づいて求められた補助動力との
合成力により車両の前後進及び旋回動作を行うようにし
た補助動力付き車椅子１において、上記各駆動輪２, ２
に加えられた人力を検出する人力検出手段として機能す
るポテンショメータ２７と、補助動力を発生する補助動
力源である駆動モータ３６と、上記何れか一方の駆動輪
Ｌ，他方の駆動輪Ｒに加えられる人力をＦＬ，ＦＲとす
るとき、該各駆動輪Ｌ，Ｒに加えられる補助動力ＴＬ，
ＴＲが共にＦＬ及びＦＲの関数、 ＴＬ＝ｆ（ＦＬ，ＦＲ） ＴＲ＝ｆ（ＦＲ，ＦＬ） によって設定されるように補助動力源である上記駆動モ
ータ３６を制御する補助動力制御手段として機能するコ
ントローラ３５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、左，右の駆動輪に間欠
的に加えられる人力と、該人力の大きさに応じた補助動
力との合成力によって前後進及び旋回動作を行うように
した補助動力付き車椅子に関する。
【０００２】
【従来の技術】手動車椅子と電動車椅子との中間的な存
在として補助動力付き車椅子が提案されている。この補
助動力付き車椅子は、左，右の駆動輪に間欠的に加えら
れる人力を検出し、該検出された人力に応じた補助動力
を左，右の駆動輪に加えることによって歩行の不自由な
乗り手の肉体的な負担を軽減するものであり、乗り手は
手動車椅子の感覚で操作することができ、精神的苦痛も
緩和される。
【０００３】ところで上記補助動力付き車椅子の場合、
人力が加えられた車輪にのみ、その人力の大きさに比例
した補助動力を付加するものであるため、増大した推進
力によっていっそう旋回運動（ヨー運動）を発生し易
く、直進性に悪影響を及ぼす可能性がある。また、人力
が加えられている期間のみ補助動力を付加する方式を採
用しているので、例えば登坂のような時には、人力供給
停止の途端に急激に減速して止まってしまったり、ある
いは前後双方向に補助動力を付加するため人力供給停止
後はモータや駆動系が逆に負荷となり、補助動力の効果
を相殺してしまう問題がある。
【０００４】そこで本出願人は、人力供給停止後におい
ても補助動力を残存させるようにした補助動力付き車椅
子を開発し、先に出願している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記開発にかかる補助
動力付き車椅子では、左右の補助動力系の動力特性が全
く同一であり、かつ左右の人力が全く同一である場合は
問題は無い。ところが、例えば、平地における旋回動作
において左右駆動輪に異なる強さの人力が入力された時
には、通常の補助動力無しの車椅子では、入力中は駆動
力に差が生じるので車椅子は旋回動作を行い、かつ入力
停止後は略該停止時の方向に向けて直進する。一方、上
記開発にかかる補助動力付き車椅子では、各駆動輪の補
助動力が独立して異なる大きさでもって残存するために
人力入力停止後にも旋回動作が残ってしまい、違和感が
生じる。
【０００６】また直進動作において全く同一の人力を入
力した場合でも、入力検出センサから駆動系までの構成
の製造上のばらつき等により、残存力の大きさや時間が
異なって現れるため、これも旋回動作として作用する。
【０００７】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
で、乗り手の負担を軽減でき、手動車椅子と同様の操作
感を実現することができる補助動力付き車椅子を提供す
ることを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、車両
の進行方向に向かって左右に配置された二つの駆動輪の
何れか一方又は両方に加えられた人力と、該人力に基づ
いて求められた補助動力との合成力により車両の前後進
及び旋回動作を行うようにした補助動力付き車椅子にお
いて、上記各駆動輪に加えられた人力を検出する人力検
出手段と、補助動力を発生する補助動力源と、上記何れ
か一方の駆動輪Ｌ，他方の駆動輪Ｒに加えられる人力を
ＦＬ，ＦＲとするとき、該各駆動輪Ｌ，Ｒに加えられる
補助動力ＴＬ，ＴＲが共にＦＬ及びＦＲの関数、 ＴＬ＝ｆ（ＦＬ，ＦＲ） ＴＲ＝ｆ（ＦＲ，ＦＬ） によって設定されるように上記補助動力源を制御する補
助動力制御手段とを備えたことを特徴としている。
【０００９】請求項２の発明は、請求項１において、上
記補助動力制御手段は、上記二つの駆動輪に加えられる
人力の合成力（αＦＬ＋βＦＲ）をＦＭとするとき、上
記各駆動輪Ｌ，Ｒに加えられる補助動力ＴＬ，ＴＲを、
それぞれＦＬ及びＦＭ，ＦＲ及びＦＭの関数、 ＴＬ＝ｆ（ＦＬ，ＦＭ） ＴＲ＝ｆ（ＦＲ，ＦＭ） によって設定される値に制御することを特徴としてい
る。
【００１０】請求項３の発明は、請求項２において、上
記補助動力制御手段は、上記二つの駆動輪に加えられる
人力の合成力ＦＭによる補助動力成分を人力供給停止後
においても残存させることを特徴としている。
【００１１】請求項４の発明は、請求項３において、上
記補助動力制御手段は、上記ＦＭによる補助動力成分を
人力供給停止後においても残存させ、かつ該残存成分の
大きさを時間の経過と共に減衰させることを特徴として
いる。
【００１２】請求項５の発明は、請求項１ないし４の何
れかにおいて、上記補助動力源は、電動モータであり、
上記補助動力制御手段は、上記補助動力ＴＬ，ＴＲが目
標の値となるように上記モータのトルク値を制御するこ
とを特徴としている。
【００１３】請求項６の発明は、請求項１ないし４の何
れかにおいて、上記補助力源は、電動モータであり、上
記補助動力制御手段は、上記補助動力ＴＬ，ＴＲが目標
の値となるように上記モータの回転速度，又は印加電圧
値を制御することを特徴としている。
【００１４】請求項７の発明は、請求項１ないし６の何
れかにおいて、上記人力検出手段，補助動力源，及び補
助動力制御手段を上記左，右の駆動輪毎に別個に備えて
いることを特徴としている。
【００１５】請求項８の発明は、請求項７において、上
記各駆動輪に配設された制御手段同士をシリアル通信手
段により接続したことを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて説明する。図１ないし図１５は本発明の一
実施形態による補助動力付き車椅子を説明するための図
であり、図１は上記車椅子の側面図、図２は該車椅子の
平面図、図３は上記車椅子の背面図、図４は上記車椅子
の車輪のハブ部分のカバーを取り外した状態を示す正面
図、図５は図４のＡ−Ａ線断面図、図６は上記車椅子の
車輪のハブ部分の背面図、図７は図６のＢ−Ｂ線断面
図、図８は図７のＣ−Ｃ線に沿う一部破断面図、図９は
上記車椅子のコントローラの構成を示すブロック図、図
１０は入力信号と目標トルクとの関係をアシスト比をパ
ラメータとして示す図、図１１は入力信号特性図、図１
２は上記車椅子の補助動力の制御動作を示すシステムの
構成図、図１３〜図１５は上記車椅子１の補助動力の制
御動作を説明するためのフローチャート図である。
【００１７】本実施形態に係る補助動力付車椅子１は、
既存の折り畳み式手動車椅子に補助動力装置(Power Ass
ist System) を組み付けたものである。この車椅子１は
車体の左右に駆動輪である車輪２を着脱自在に取り付け
て構成され、これのパイプ枠状のフレーム３の前後部は
左右一対のキャスタ４と車輪２によって移動自在に支持
されている。
【００１８】又、上記フレーム３の中央部には、乗員が
着座すべき布製のシート５（図２及び図３参照）が張設
されている。尚、フレーム３は図３に示すように前後一
対のクロス部材３ａを有しており、Ｘ字状を成す２本の
クロス部材３ａはその交点を軸６によって枢着されてい
る。
【００１９】更に、フレーム３の後部には左右一対のハ
ンドルアーム３ｂが立設されており、各ハンドルアーム
３ｂの上端部は後方に折曲され、その折曲部には介助者
用のグリップ７が取り付けられている。
【００２０】又、フレーム３の上記ハンドルアーム３ｂ
の中間高さ位置から車体前方に水平に延びる左右一対の
アーム３ｃはその前端部が略直角に折り曲げられて垂直
下方に延び、その下端部に前記キャスタ４が回転自在に
支持されているが、右側（シート５に着座した乗員にと
って右側）のアーム３ｃの直角に折り曲げられた部分
（垂直部分の上部）にはメインスイッチ８が取り付けら
れている。そして、前記アーム３ｃの下方に配された左
右一対のアーム３ｄの前側部分は車体前方に向かって斜
め下方に延出されており、その延出端（前端部）には左
右一対のステップ９が取り付けられている。
【００２１】ところで、前記左右一対の車輪２の各々
は、図５に示すように、フレーム３に溶接されたボス部
１０に支持された車軸１１にボールベアリング１２を介
して回転自在に支承されており、各車輪２の外側には、
乗員が手でこれを回すべきリング状のハンドリム１３が
設けられている。このハンドリム１３は、車輪２のハブ
２ａに形成されたボス部２ａ−１にブッシュ６０を介し
て回転自在に支持された円板状のディスク１４に３本の
スポーク１５を介してボルト１６によって取り付けられ
ており、従って、該ハンドリム１３は車輪２に対して独
立に回転し得る。尚、本実施形態においては、図５に示
すように、車輪２のハブ２ａとディスク１４との間には
弾性体から成るシーリング１７が介設されており、ディ
スク１４はこれにボルト１８にて結着されたカバー１９
によって覆われている。尚、シーリング１７はシール機
能と共にディスク１４の周方向の振動を抑制するダンパ
ー機能を果たす。
【００２２】而して、上記ハンドリム１３は、その全周
の３個所が図４に示す構造によって車輪２に対して弾性
的に連結されている。
【００２３】即ち、図４に示すように、車輪２のハブ２
ａに形成された各一対のストッパ２０で挟まれる径方向
外方に向かって広がる空間にはスプリング２１が介装さ
れており、各スプリング２１はハブ２ａに固定された保
持部材２２によってその脱落が防がれている。
【００２４】ところで、上記各スプリング２１はその両
端がスプリング受け２３によって受けられており、前記
ハンドリム１３に人力が加わらない中立状態において
は、図４に示すように、スプリング受け２３は前記一対
のストッパ２０に当接している。尚、各ストッパ２０の
中央部分には溝２０ａが貫設されている。
【００２５】一方、図４に示すように、前記ディスク１
４の全周３個所にはブラケット２４がボルト２５によっ
て位置調整可能に取り付けられており、各ブラケット２
４の両端部には一対のピン２６が内方に向かって突設さ
れており、各一対のピン２６は、ハンドリム１３に人力
が加わらない中立状態においては、図４に示すように前
記スプリング受け２３の端面に当接している。尚、各ブ
ラケット２４の両端部には径方向に長い長孔２４ａが形
成されており、各長孔２４ａには前記ボルト２５が挿通
されている。従って、ボルト２５を緩めれば、ブラケッ
ト２４を径方向に移動させてその位置を調整することが
でき、スプリング受け２３の端面（ピン２６が当接すべ
き端面）は図示のように傾斜しているため、中立状態に
おいてブラケット２４を前述のように径方向に移動させ
ることによってスプリング受け２３に対するピン２６の
位置を調整することができ、図４に示すように中立状態
において一対のピン２６をスプリング受け２３に当接せ
しめることができる。
【００２６】又、図４及び図５に示すように、ハンドリ
ム１３側のディスク１４には、ハンドリム１３に加えら
れる人力の大きさ及び方向を検出するためのポテンショ
メータ２７が０点補正が可能なように位置調整可能に固
接されており、該ポテンショメータ２７の人力軸２７ａ
の端部にはレバー２８の一端が決着されており、該レバ
ー２８の他端は、車輪２のハブ２ａに突設されたピン２
９にゴム製のキャップ３０を介して長孔結合している。
尚、キャップ３０はレバー２８のガタを防止するための
ものである。
【００２７】而して、前記スプリング２１、ポテンショ
メータ２７等は、乗員によってハンドリム１３に加えら
れる人力を検知するための人力検知手段を構成してお
り、該人力検知手段は前記シールリング１７によってシ
ールされた車輪２のハブ２ａとディスク１４及びカバー
１９によって囲まれる密閉空間内に収納されている。
【００２８】一方、図５及び図６に示すように、左右一
対の車輪２の各ハブ２ａの車幅方向内側には円板状の固
定プレート３１が車輪１１に結着されて設けられてお
り、該固定プレート３１のハブ２ａ側の内面には車輪２
のハブ２ａのボス部２ａ−２を覆う円筒状の保持部材３
２とリング状の保持リング３３がボルト３４によって結
着されるとともに、制御手段を構成するコントローラ３
５が取り付けられている。又、固定プレート３１の車体
側外面には、図６及び図７に示すように、駆動モータ
（補助動力源）３６と車輪側カプラー３７が取り付けら
れている。尚、固定プレート３１の少なくとも前記コン
トローラ３５が設置される部位の外面には、図５及び図
６に示すように、縦方向の複数の放熱用溝３１ａが形成
されている。
【００２９】ところで、各車輪２のハブ２ａの内部には
前記固定プレート３１で囲まれる空間が形成されるが、
該空間は固定プレート３１と前記保持リング３３に固定
されたリング状の隔壁３８によって室Ｓ１とＳ２とに区
画されており、隔壁３８の一部には図７に示すように開
口部３８ａが形成されている。又、回転側のハブ２ａの
ボス部２ａ−２にはリング状のインナートランス３９ａ
が固定され、固定側の前記保持部材３２及び保持リング
３３の間にはアウタートランス３９ｂが挟持されてい
る。これらのインナートランス３９ａとアウタートラン
ス３９ｂは僅かなギャップを介して互いに同心状に配置
され、コントローラ３５とポテンショメータ２７間の信
号伝達手段を構成する回転トランス３９を構成してい
る。尚、前記コントローラ３５は室Ｓ１内に収納されて
いる。
【００３０】而して、前記駆動モータ３６によって発生
する補助動力は車輪２に伝達されるが、この動力伝達機
構の構成を図７及び図８に基づいて以下に説明する。
【００３１】動力伝達手段はプーリ４０, ４１とベルト
４２及び複数のギヤＧ１〜Ｇ４を含んで構成されるが、
前記小径のプーリ４０は前記駆動モータ３６の出力軸３
６ａの端部に結着され、前記大径のプーリ４１は中間軸
４３の一端に結着されており、両プーリ４０, ４１間に
無端状の前記ベルト４２が巻装されている。
【００３２】上記中間軸４３とこれに平行に配された駆
動軸４４は、図７に示すように、前記固定プレート３１
とカバー４５にベアリング４６, ４７を介してそれぞれ
回転自在に支承されており、中間軸４３には前記ギヤＧ
１が一体に形成されており、該ギヤＧ１は駆動軸４４の
一端に結着されたギヤＧ２に噛合している。そして、駆
動軸４４の他端は前記隔壁３８に形成された開口部３８
a （図５参照）を貫通して室Ｓ２内に臨んでおり、その
端部に一体に形成された小径の前記ギヤＧ３はハブ２ａ
の内周に結着された大径のリングギヤＧ４に噛合してい
る。尚、動力伝達手段を構成する前記プーリ４０, ４１
とベルト４２及びコントローラ３５は潤滑油を嫌うた
め、隔壁３８で仕切られた室Ｓ１内に収納され、ギヤＧ
３, Ｇ４は室Ｓ２内に収納されている。
【００３３】而して、以上説明したスプリング２１やポ
テンショメータ２７によって構成される人力検出手段、
回転トランス３９によって構成される信号伝達手段、コ
ントローラ３５によって構成される制御手段、駆動モー
タ３６及びプーリ４０, ４１やベルト４２及びギヤＧ１
〜Ｇ４によって構成される動力伝達手段が補助動力系を
構成しているが、この補助動力系は各車輪２のハブ２ａ
の車輪１１廻りに径方向及び軸方向に亘って集約的に配
置されており、このように補助動力系をハブ２ａに配置
して成る車輪２が左右に同一構造に構成され、前述のよ
うに各車輪２は車体に対して着脱自在に取り付けられて
いる。
【００３４】ここで、車輪２の脱着構造を図５に基づい
て説明する。車輪２を回転自在に支承する前記車軸１１
は中空状に形成されており、その内部には小径のロッド
４８が挿通されている。そして、該ロッド４８の内端部
には車軸１１の内端面に係合する係止部材４９が結着さ
れ、同ロッド４８の外端部には押圧部材５０が結着され
ており、これら係止部材４９と押圧部材５０は車輪１１
内に摺動自在に嵌装されており、これらの径はロッド４
８のそれよりも大きく設定されている。尚、上記ロッド
４８と係止部材４９及び押圧部材５０はスプリング５１
によって外側方（図５の下方）に常時付勢されている。
又、図５において、６１はストッパを構成するサークリ
ップである。
【００３５】又、車輪１１の内端部（係止部材４９が嵌
装されている部分）には複数の円孔１１ａが形成されて
おり、各円孔１１ａにはボール５２が保持されている。
尚、前記カバー１９の中央部には撓曲自在なゴムキャッ
プ５３が被着されており、該ゴムキャップ５３内に前記
押圧部材５０が臨んでいる。
【００３６】一方、フレーム３に溶接されたボス部１０
には円筒状のスリーブ５４が挿通しており、該スリーブ
５４はこれの外周に螺合するナット５５によってボス部
１０に結着されている。
【００３７】而して、各車輪２は車軸１１の内端部分を
外側方から上記スリーブ５４に挿通することによって車
体に取り付けられるが、これの取付状態においては、図
５に示すようにボール５２が係止部材４９によって径方
向外方に押し出されて車軸１１の外周面から突出してお
り、該ボール５２がスリーブ５４の内端面に係止される
ために車軸１１の抜けが阻止され、これによって車輪２
が車体に確実に取り付けられる。
【００３８】次に、取付状態にある車輪２を車体から取
り外すには、ゴムキャップ５３を指で押して押圧部材５
０とロッド４８及び係止部材４９をスプリング５１の付
勢力に抗して一体的に車体内側方に移動させる。する
と、係止部材４９がボール５２の位置から退避して小径
のロッド４８がボール５２の部分に位置するため、ボー
ル５２は車軸１１の径方向内方に移動して車軸１１の外
表面から没することができ、そのまま車輪２全体を外側
方へ引き出せば車軸１１をスリーブ５４から抜くことが
でき、従って、車輪２をワンタッチで容易に車体から取
り外すことができる。
【００３９】そして、車輪２を車体に再び取り付けるに
は、ゴムキャップ５３を押さえて押圧部材５０とロッド
４８及び係止部材４９を車体内側方へ移動させたまま車
軸１１をスリーブ５４に挿通せしめ、その後にゴムキャ
ップ５３から指を離せばよい。すると、ボール５４が係
止部材４９によって径方向外方に押し出されて車軸１１
の外周面から突出し、該ボール５２がスリーブ５４の内
端面に係止されるために車軸１１の抜けが阻止され、こ
れによって車輪２が車体にワンタッチで容易に取り付け
られる。
【００４０】尚、図５及び図６に示すように、各車輪２
の固定プレート３１の外面周縁には車体内側方（即ち、
車輪２の脱着方向）に向かってコ字状に開口する回り止
め部材５６が結着されており、フレーム３には係止部材
５７が結着されており、前述の要領で車輪２を車体に取
り付けると同時に回り止め部材５６が係止部材５７に嵌
合して固定プレート３１等の固定側部分の回り止がなさ
れる。
【００４１】ところで、本実施形態に係る手動式電動車
椅子１にあっては、図１乃至図３に示すように右側の車
輪２側にバッテリ５８が脱着可能に取り付けられてお
り、車体（フレーム）３側にはワイヤーハーネス５９が
設置されている。
【００４２】而して、前述のように左右の車輪２は同一
構造を有しているため、これらを車体に取り付けると、
これらは車体前後方向中心廻りに点対称となる位置関係
を保って配置されることとなる。同一構造の左右の車輪
２をこのように配置することによって、図３に示すよう
に、左右の車輪２の各内側方に突出する駆動モータ３６
が上下方向に互いに段差をもって配されることとなり、
当該車椅子１を折り畳んだ際に両駆動モータ３６が互い
に干渉することがなく、この結果、車椅子１をコンパク
トに、且つ、容易に折り畳むことができる。
【００４３】尚、左右の車輪２を前述の要領で車体に取
り付けた後は、各車輪２の固定プレート３１に取り付け
られた前記カプラー３７を車体側に設置された前記ワイ
ヤーハーネス５９のカプラー５９Ａに接続すれば、右側
の車輪２に配置された前記バッテリ５８から左側の車輪
２に設けられた駆動モータ３６やコントローラ３５等へ
の給電がワイヤーハーネス５９を介してなされる。
【００４４】次に、上記コントローラ３５の構成を図９
に基づいて説明する。図９はコントローラ３５の構成を
示すブロック図であり、該コントローラ３５は、上記ポ
テンショメータ２７によって検出されるハンドリム１３
に加えられる人力を回転トランス３９を介して入力する
センサドライブＩ／Ｆ７０と、該入力された人力に基づ
いて補助動力の目標値（目標トルク）を演算するＣＰＵ
７１と、該ＣＰＵ７１と駆動モータ３６とを接続するモ
ータ出力Ｉ／Ｆ７２と、モータ３６の出力が上記演算さ
れた目標トルクとなるように該モータ３６に供給される
電流値をフィードバック制御するモータドライバ７３
と、上記左右のＣＰＵ７１，７１同士を接続する通信Ｉ
／Ｆ７４とを備えている。また、本実施形態の左右の通
信Ｉ／Ｆ７４，７４同士はシリアルケーブル（シリアル
通信手段）７５で接続されており、上述のように入力さ
れた左右の人力の大きさはこの通信Ｉ／Ｆ７４，７４を
介して左右のコントローラ３５，３５に互いに伝達され
るようになっている。
【００４５】このようにハンドリム１３に人力ＦＬ，Ｆ
Ｒが間欠的に加えられると該人力はポテンショメータ２
７によって検出され、その検出信号Ｖinは上記コントロ
ーラ３５，３５に入力される。
【００４６】上記左右のコントローラ３５，３５の各Ｃ
ＰＵ７１, ７１は、ポテンショメータ２７から出力され
た入力信号Ｖinに対し所要のアシスト比に基づいて目標
トルクτを演算し、それに見合う制御信号をモータ出力
Ｉ／Ｆ７２を介してモータドライバ７３に出力する。図
１０は、入力信号Ｖinと目標トルクτとの関係（モータ
出力Ｉ／Ｆ７２，モータドライバ７３の特性）をアシス
ト比をパラメータとして示したものであり、同図から明
らかなように、入力信号Ｖinの値がＶi1〜Ｖi2の範囲に
あるときは、目標トルクτは０となり、電気的な不感帯
域が形成される。
【００４７】ここで、上記左，右の車輪２, ２へ供給さ
れる補助トルクτＬ′，τＲ′の制御を図１２に基づい
て説明する。図１２は本実施形態車椅子１の補助動力の
制御動作を示すシステムの構成図である。
【００４８】上記コントローラ３５には、乗り手の身体
条件等に基づいて予め設定された増幅比率ＫＬ，ＫＲ，
ＫＭ，及び合成比率α，βが記憶されており、本実施形
態では、乗り手が右腕より左腕の方が力が強い場合を想
定して、上記ＫＬ，αが０．４に、上記ＫＲ，βが０．
６に、上記ＫＭが１．０にそれぞれ設定されている。
【００４９】まず、上述のポテンショメータ２７で構成
される人力検出手段２７からの入力信号、即ち、上記検
出された人力ＦＬ，ＦＲと、上記増幅比率ＫＬ，ＫＲと
の積が演算されて、人力が入力中の例えば旋回中の旋回
力を補助する補助力AssistＬ，Ｒが算出される。
【００５０】また、上記人力ＦＬと合成比率αとの積
が、また、上記人力ＦＲとβとの積がそれぞれ演算さ
れ、それらの和と上記増幅比率ＫＭとの積が演算され
て、人力供給中のアシストをするとともに、人力供給が
停止された後の直進惰行を行う際の補助力AssistＭがト
ルク残存部７６によって算出される。即ち、補助力Assi
stＭは、直進力を補助するもので、上記ＣＰＵ７１によ
り人力供給が停止された後にも出力され、その大きさは
時間とともに減少されるようになっている。
【００５１】そして、上記補助力AssistＬ又はAssistＲ
とAssistＭとの和がモータドライバ７３に対するトルク
指令値τＬ* , τＲ* として設定され、補助トルクτ
Ｌ′が上記トルク指令値τＬ* となるよう、上記モータ
３６に供給される電流値がモータドライバ７３によって
フィードバック制御される。そして上記補助トルクτ
Ｌ′と左輪への人力トルクとの和が左輪推進トルクτＬ
となる。
【００５２】また、上記補助トルクτＲ′が上記トルク
指令値τＲ* となるよう、上記モータ３６に供給される
電流値がモータドライバ７３によってフィードバック制
御される。そして上記補助トルクτＲ′と右輪への人力
トルクとの和が右輪推進トルクτＲとなる。
【００５３】このようにして、本実施形態では、左，右
車輪２，２に加えられる補助動力ＴＬ，ＴＲつまり補助
トルクτＬ′，τＲ′は、共に左，右人力ＦＬ，ＦＲを
合成比率α，βでもって合成した値と、左，右人力Ｆ
Ｌ，ＦＲを増幅比率ＫＬ，ＫＲでもって増幅した値との
和として求められる。即ち、補助動力ＴＬ，ＴＲは共に
左，右人力ＦＬ，ＦＲの合成力と左，右人力ＦＬ，ＦＲ
との関数として求められる。
【００５４】次に、上記左，右のコントローラ３５，３
５のＣＰＵ７１，７１による制御動作を図１３〜図１５
に基づいて説明する。図１３〜図１５は上記車椅子１の
補助動力の制御動作を説明するためのフローチャート図
である。
【００５５】上記コントローラ３５，３５による制御で
は、図１３に示すように、前処理として、このコントロ
ーラ３５の各種メモリ及びタイマのリセット等が行われ
（ステップＳ１）、次に、割り込み待機＆通信処理とし
て、上記左，右の車輪２，２に供給される補助力の目標
トルクの演算や上記コントローラ３５，３５間の通信等
が行われる（ステップＳ２）。そして、この割り込み待
機＆通信処理（ステップＳ２）が繰り返される。
【００５６】上記ステップＳ２における割り込み待機処
理では、図１４に示すように、上記入力されたアナログ
信号である人力をデジタル変換するＡＤ，ポート入力処
理（ステップＳ３）と、上記車輪２，２に供給される補
助力の目標トルクを演算する補助トルク演算処理（ステ
ップＳ４）と、上記演算されたトルクを上記モータドラ
イバ７３に出力するトルク出力処理（ステップＳ５）
と、上記各処理等において検出された異常に対するエラ
ー処理等が行われる各種異常処理（ステップＳ６）とが
順次行われて繰り返されるようになっている。
【００５７】上記補助トルク演算処理（ステップＳ４）
では、図１５に示すように、まず、上記一方の車輪に入
力された人力Ｆ１ｎが所定の上，下限値Ｆｌｏｗ，Ｆｈ
ｉｇｈの範囲にあるか否かが判断され（ステップＳ
７）、上記人力Ｆ１ｎが所定の範囲外の時には入力値の
異常としてエラー処理が行われる（ステップＳ８）。な
お、上記ｎはこの制御の処理回数を示している。
【００５８】次に、上記人力Ｆ１ｎの印加方向を判断す
るものとして極性処理が行われる（ステップＳ９）。具
体的には、上記Ｆ１ｎから図１１に示すＦｎｕｌｌの値
を差し引いた値が新たにＦ１ｎにセットされ、この値
が、例えば、０よりも大のときは前進方向、０よりも小
のときは後進方向として判断される。なお、上記図１１
は、上記車椅子１の走行時における上記ポテンショメー
タ２７からの入力信号の特性を示す図であり、上記Ｆｎ
ｕｌｌ，即ちＶｎｕｌｌは停止時の上記入力信号を示し
ている。
【００５９】また、上記通信処理（ステップＳ２）にお
いて、左，右のＣＰＵ７１，７１間で送受信されたデー
タのレジスタ処理（ステップＳ１０）が行われる。具体
的には、送信データを格納する送信レジスタＴｘに上記
Ｆ１ｎがセットされ、受信データを格納する受信レジス
タＲｘに他方の車輪に入力された人力Ｆ２ｎがセットさ
れる。
【００６０】そして、上記入力された人力Ｆ１ｎと上記
所定の合成比率αとの積が、また、上記受信された人力
Ｆ２ｎと上記所定の合成比率βとの積がそれぞれ演算さ
れて、これらの和ＦＭｎが上記車椅子１の重心に作用す
る補助トルク成分として、即ち、上記補助力AssistＭと
して算出される（ステップＳ１１）。
【００６１】次に、上記ＦＭｎ（アシストＭ）の絶対値
で示される大きさが所定のしきい値ｈ以上であって上記
不感帯領域にないと判断された時は（ステップＳ１
２）、入力値の積分処理が行われる（ステップＳ１
３）。これは、上記演算されたＦＭｎと所定の定数ａと
の積が、また、前回の値と所定の定数ｂとの積がそれぞ
れ演算され、これらの和を算出することで行われ、この
和が上記入力信号ＦＭｎを積分した演算値Ｙｎとして設
定される。
【００６２】また、上記ステップＳ１２で上記ＦＭｎの
大きさが所定のしきい値ｈより小さく上記不感帯領域に
あると判断された時は、前回の値Ｙｎ−１を予め設定さ
れた１より小さい所定の定数ｃで減衰させた値が、新た
な演算値Ｙｎとして設定される（ステップＳ１４）。
【００６３】次に、上記Ｙｎの絶対値が、予め設定され
た所定の制限値Ｙｍａｘを上回るか否かが判断され（ス
テップＳ１５）、上回る場合は上記ＹｎがＹｍａｘに設
定される（ステップＳ１６）。
【００６４】そして、上記ステップＳ１５で上記Ｙｎが
制限値Ｙｍａｘ以下であると判断されると、上記設定さ
れたＹｎと所定の定数ｄとの積と、上記Ｆ１ｎと所定の
定数ｅとの積との和が、上記トルク指令値Assistτ* と
して算出される（ステップＳ１７）。なお、上記定数
ｄ，ｅはアシスト比を設定する所定の係数を示してお
り、ｄは上記増幅比率ＫＭに相当し、ｅは同じくＫＬ，
ＫＲに相当する。
【００６５】上記演算された上記トルク指令値Assistτ
* と上記ステップＳ９における前進又は後進の判定とに
より、駆動モータ３６の回転方向，トルクが設定され、
上記ＣＰＵ７１により上記モータ３６が制御される。
【００６６】本実施形態の補助動力付き車椅子１では、
左右の駆動輪２，２のそれぞれに加えられる各補助動力
の大きさを、左右の駆動輪２，２に加えられる人力の合
成力、及び各人力とに基づいて設定するようにしたの
で、該車椅子１の推進力は、例えば片側の駆動輪につい
てみると、自輪に入力された人力による推進トルク、自
輪についての直接的な補助動力トルク、及び左，右駆動
輪に入力され重心に保存される仮想の運動量による補助
動力トルクの合成力となる。
【００６７】このように、一方の駆動輪に加えられる補
助動力を、該一方の駆動輪と他方の駆動輪とに加えられ
る人力に基づいて演算するようにしたので、増大した推
進力によって発生し易い旋回運動（ヨー運動）を軽減で
きる。
【００６８】そして使用者の腕力にアンバランスがある
場合には、左，右の直接的な補助動力の増幅比率ＫＬ，
ＫＲを異なる値とし、また重心に作用するとみなす合成
力を求める合成比率α，βも異なる値としたので、乗り
手の左右の腕力の違いを吸収でき、乗り手の負担を軽減
できるとともに、走行性を向上できる。この場合、上記
増幅比率，合成比率の設定により、一方の車輪２のみに
人力が入力された場合でも、両方の車輪２，２へ補助力
を供給することができ、乗り手の負担を軽減することが
できる。
【００６９】また、人力の入力が停止された後は、左右
同じ大きさの補助力を加えるとともに、その大きさを時
間とともに減少するようにしたので、人力供給停止後に
は、仮想の運動量が重心に保存されたとみなすことがで
き、旋回中に乗り手が上記ハンドリム１３から手を離し
た時に旋回をし続けることを回避でき、手動車椅子と同
様の操作感を実現することができる。また、坂道におい
ては、人力の入力停止後に急激に減速して止まってしま
う等の問題を回避でき、乗り手の負担をより軽減するこ
とができる。
【００７０】また、上記ポテンショメータ２７，モータ
３６，コントローラ３５を左，右の車輪２に別個に配設
したので、各車輪２の組み立て性を向上することがで
き、コストを低減でき、また、上記補助比率の自由度を
拡大でき、乗り手の状態に応じた補助動力の供給が可能
となり、乗り手の負担をより軽減することができる。
【００７１】また、上記２つのＣＰＵ７１同士をシリア
ルケーブルで接続し、時間間隔をあけて異なるデータを
送るシリアル通信を採用したので、信号線数を削減で
き、上記ケーブル同士をコネクタにより連結できること
となり、上記車輪２，２を独立して取り扱うことが容易
である。
【００７２】また、補助動力として上記電動モータ３６
による目標トルクを演算するようにしたので、速度変化
に対する抵抗を減少できるため、人力による旋回を容易
にできる。
【００７３】なお、上述のように、上記モータ３６の目
標トルクを演算する方法の他に、補助動力として目標回
転速度を演算するようにしても良く、このようにした場
合、負荷変動に関わらず速度が維持されるので、登坂時
等にも平地と同様の操作回数で走行でき、またより安定
した直進走行を実現することができる。なお、補助動力
として上記モータ４１の目標印加電圧を演算するように
しても良い。
【００７４】
【発明の効果】以上のように請求項１の発明に係る補助
動力付き車椅子によれば、左，右駆動輪への補助動力Ｔ
Ｌ，ＴＲのそれぞれを、左，右駆動輪への人力ＦＬ，Ｆ
Ｒの両方の関数として、つまり一方の駆動輪に加える補
助動力を左右両側の駆動輪に加えられる人力に基づいて
設定するようにしたので、駆動力の発生点を車椅子の重
心に近づけることができるため、駆動力の増大によって
生じ易くなった車体の旋回運動を軽減でき、乗り手の負
担を軽減することができる効果がある。
【００７５】請求項２の発明によれば、左，右駆動輪へ
の補助動力ＴＬ，ＴＲのそれぞれを、左，右駆動輪への
人力ＦＬ，ＦＲの合成力ＦＭとＦＬ又はＦＲとの関数と
して、つまり一方の駆動輪に加える補助動力を左右両側
の駆動輪に加えられる人力の合成力に基づいて設定する
ようにしたので、より一層安定した走行を実現できる効
果がある。即ち、上記合成力ＦＭは車両全体の直進成分
と考えられるので、このＦＭの補助動力成分を左，右駆
動輪に出力すると、あたかも重心を押しているような操
作感覚を与えることができ、使用者は自重が軽減された
と同じ効果が与えられ安定した走行ができる。
【００７６】請求項３の発明によれば、人力入力が停止
された後も補助動力を残存させ、また請求項４の発明で
は残存力の大きさを徐々に減衰させるようにしたので、
仮想の運動量が重心に保存されているとみなすことがで
き、自重が軽減したかのような操作感を実現することが
できる効果がある。
【００７７】請求項５の発明によれば、補助動力として
電動モータの目標トルクを演算するようにしたので、走
行速度の変化に対して抵抗となることがなく、人力によ
る旋回動作を容易にできる効果がある。
【００７８】請求項６の発明によれば、補助動力として
電動モータの目標速度，目標印加電圧を演算するように
したので、負荷変動があっても安定した直進走行を実現
できる効果がある。
【００７９】請求項７の発明によれば、人力検出手段，
補助動力源，制御手段を左，右の駆動輪毎に別個に配設
したので、組み立て性を向上でき、また、乗り手の左，
右の腕の力の差異に応じて補助比率を左，右駆動輪毎に
自由に設定でき、乗り手の負担をより一層軽減すること
ができる効果がある。
【００８０】請求項８の発明によれば、制御手段同士を
シリアル接続したので、信号線数を削減できるととも
に、コネクタを設けることにより左，右駆動輪を切り離
して扱うことができ、この点からも組み立て性を向上で
きる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による補助動力付き車椅子
の側面図である。
【図２】上記車椅子の平面図である。
【図３】上記車椅子の背面図である。
【図４】上記車椅子の車輪のハブ部分のカバーを取り外
した状態を示す正面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】上記車椅子の車輪のハブ部分の背面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】図７のＣ−Ｃ線断面図である。
【図９】上記車椅子のコントローラの構成を示すブロッ
ク図である。
【図１０】上記車椅子の人力入力信号と目標トルクとの
関係をアシスト比をパラメータとして示す図である。
【図１１】上記人力と出力トルクとの特性図である。
【図１２】上記車椅子の補助動力の制御動作を示すシス
テムの構成図である。
【図１３】上記車椅子の補助動力の制御動作を説明する
ためのフローチャート図である。
【図１４】上記車椅子の補助動力の制御動作を説明する
ためのフローチャート図である。
【図１５】上記車椅子の補助動力の制御動作を説明する
ためのフローチャート図である。
【符号の説明】
１ 補助動力付き車椅子 ４，４ 駆動輪 ２７ ポテンショメータ（人力検出手段） ３５ コントローラ（補助動力制御手段） ３６ 駆動モータ（補助動力源） ７５ シリアルケーブル（シリアル通信手段）

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車両の進行方向に向かって左右に配置さ
    れた二つの駆動輪の何れか一方又は両方に加えられた人
    力と、該人力に基づいて求められた補助動力との合成力
    により車両の前後進及び旋回動作を行うようにした補助
    動力付き車椅子において、上記各駆動輪に加えられた人
    力を検出する人力検出手段と、補助動力を発生する補助
    動力源と、上記何れか一方の駆動輪Ｌ，他方の駆動輪Ｒ
    に加えられる人力をＦＬ，ＦＲとするとき、該各駆動輪
    Ｌ，Ｒに加えられる補助動力ＴＬ，ＴＲが共にＦＬ及び
    ＦＲの関数、 ＴＬ＝ｆ（ＦＬ，ＦＲ） ＴＲ＝ｆ（ＦＲ，ＦＬ） によって設定されるように上記補助動力源を制御する補
    助動力制御手段とを備えたことを特徴とする補助動力付
    き車椅子。
  2. 【請求項２】 請求項１において、上記補助動力制御手
    段は、上記二つの駆動輪に加えられる人力の合成力（α
    ＦＬ＋βＦＲ）をＦＭとするとき、上記各駆動輪Ｌ，Ｒ
    に加えられる補助動力ＴＬ，ＴＲを、それぞれＦＬ及び
    ＦＭ，ＦＲ及びＦＭの関数、 ＴＬ＝ｆ（ＦＬ，ＦＭ） ＴＲ＝ｆ（ＦＲ，ＦＭ） によって設定される値に制御することを特徴とする補助
    動力付き車椅子。
  3. 【請求項３】 請求項２において、上記補助動力制御手
    段は、上記二つの駆動輪に加えられる人力の合成力ＦＭ
    に基づく補助動力成分を人力供給停止後においても残存
    させることを特徴とする補助動力付き車椅子。
  4. 【請求項４】 請求項３において、上記補助動力制御手
    段は、上記ＦＭに基づく補助動力成分を人力供給停止後
    においても残存させ、かつ該残存成分の大きさを時間の
    経過と共に減衰させることを特徴とする補助動力付き車
    椅子。
  5. 【請求項５】 請求項１ないし４の何れかにおいて、上
    記補助動力源は、電動モータであり、上記補助動力制御
    手段は、上記補助動力ＴＬ，ＴＲが目標の値となるよう
    に上記モータのトルク値を制御することを特徴とする補
    助動力付き車椅子。
  6. 【請求項６】 請求項１ないし４の何れかにおいて、上
    記補助力源は、電動モータであり、上記補助動力制御手
    段は、上記補助動力ＴＬ，ＴＲが目標の値となるように
    上記モータの回転速度，又は印加電圧値を制御すること
    を特徴とする補助動力付き車椅子。
  7. 【請求項７】 請求項１ないし６の何れかにおいて、上
    記人力検出手段，補助動力源，及び補助動力制御手段を
    上記左，右の駆動輪毎に別個に備えていることを特徴と
    する補助動力付き車椅子。
  8. 【請求項８】 請求項７において、上記各駆動輪に配設
    された制御手段同士をシリアル通信手段により接続した
    ことを特徴とする補助動力付き車椅子。
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