WO2013183398A1

WO2013183398A1 - 姿勢制御装置及びそれを搭載した積載物移動装置

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Publication number: WO2013183398A1
Application number: PCT/JP2013/063208
Authority: WO
Inventors: 章大西; 洋人居初
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2013-12-12

Abstract

　姿勢制御装置（３０）は、積載物を支持するためのキャリア（３２）と、キャリアと対向して設置されたベース（３１）と、ベースとキャリアに両端が回転可能に連結されたリンク（３５Ｌ）（３５Ｒ）と、ベース側に突き出した形でキャリアに固定されたレバー（３８）と、ベースに、ベースの主平面と平行にスライド可能に設置されるとともに、レバーが相対回転及び突き出し方向における相対移動が可能であるように連結されたシフタ（４１）とを備え、シフタをスライドさせることで、キャリアの傾きを制御する。

Description

姿勢制御装置及びそれを搭載した積載物移動装置

　本発明は姿勢制御装置及びそれを搭載した積載物移動装置に関する。

　種々の装置や機器で姿勢制御装置が用いられる。例えば飛行物体の追尾装置や天体観測装置などでは姿勢制御装置は必須であるし、身近なところでは電動車椅子にも姿勢制御装置が用いられることがある。

　電動車椅子を例にとると、電動車椅子は基本的には水平面上を走行するものであるが、場合によっては傾斜面を走行しなければならないこともある。傾斜面を走行するとき、座席の座面が傾斜面と平行になっていたのでは搭乗者が安定して座っていられず、状況によっては座席から転落することにもつながりかねない。そこで、走行路が傾斜していても座面を水平に保つことができる電動車椅子が提案されている。その例を特許文献１に見ることができる。

　特許文献１に記載された電動車椅子は、前後方向の回転軸と左右方向の回転軸により椅子部が車体部に対し前後左右に回動し得るように軸着され、車体部の傾きあるいは走行路の勾配を左右傾斜検出ロータリーエンコーダと前後傾斜検出ロータリーエンコーダで検出した上で、左右方向揺動アクチュエータと前後方向揺動アクチュエータにより椅子部と車体部との成す角度を調整し、座面を水平に保つ仕組みを備えている。

　特許文献１に記載された椅子部の姿勢制御装置の仕組みを図１１に示す。椅子部１００は回転軸１０１により回動可能に支持され、揺動アクチュエータ１０２により椅子部１００の角度調整がなされる。回転軸１０１と直角なもう１本の回転軸を設け、その回転軸まわりに椅子部１００を回動させるもう１個の揺動アクチュエータを設けたものが特許文献１に記載された椅子部の姿勢制御装置ということになる。

特許第３６８８６５６号公報

　座席の角度を自動的に水平に保つべく、座席の下部に取り付けられた回転軸をモータと歯車で回転させるようにした電動車椅子もある。このような機構では強度を確保するために大きな歯車が必要になる。

　特許文献１に記載された椅子部の支持の仕組みでは、椅子部の端部を揺動アクチュエータで上下させるため、ストロークの長いアクチュエータが必要となり、車体部と椅子部の間に大きな空間が必要となる。このため椅子部を高くせざるを得ず、必然的に車椅子全体の重心も高くなり、バランスが悪化する。また、アクチュエータが椅子部に直接的に力を及ぼして椅子部を傾けるため、左右方向揺動アクチュエータ及び前後方向揺動アクチュエータには、搭乗者の体重がかかっている椅子部を傾けられるように、ある程度出力の大きなものが必要であった。さらに、椅子部の回転軸と搭乗者の重心との距離が遠く、搭乗者は体を大きく振られる形になり、乗り心地が低下するという問題もあった。加えて、電動車椅子には高さ、幅、長さそれぞれに制限があり、機構を省スペースにすることが求められるが、特許文献１に記載された機構はともすると大型化し、省スペースの要請に応えることが難しかった。

　本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、積載物を支持するためのキャリアと、このキャリアと対向して設置されたベースを備える姿勢制御装置において、大出力を要することなくベースに対するキャリアの傾きを変えることができ、積載物が振られる度合も少なく、省スペースの実現も容易な姿勢制御装置を提供することを目的とする。また、このような姿勢制御装置を搭載した積載物移動装置を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明に係る姿勢制御装置は、積載物を支持するためのキャリアと、前記キャリアと対向して設置されたベースと、前記ベースと前記キャリアに両端が回転可能に連結された複数のリンクと、前記ベース側に突き出した形で前記キャリアに固定されたレバーと、前記ベースに、当該ベースの主平面と平行にスライド可能に設置されるとともに、前記レバーが相対回転及び前記突き出し方向における相対移動が可能であるように連結されたシフタとを備え、前記シフタをスライドさせることで、前記キャリアの傾きを制御することを特徴としている。

　上記構成の姿勢制御装置において、前記シフタは１軸方向にスライドするものであることが好ましい。

　上記構成の姿勢制御装置において、前記シフタは直交する２軸方向にスライドするものであることが好ましい。

　上記構成の姿勢制御装置において、前記リンクは前記シフタの両側に配置されていることが好ましい。

　上記構成の姿勢制御装置において、前記シフタはネジ軸でスライドすることが好ましい。

　上記構成の姿勢制御装置において、前記ネジ軸はモータで回転せしめられることが好ましい

　また本発明は、上記姿勢制御装置を搭載した積載物移動装置であることを特徴としている。

　上記構成の積載物移動装置において、当該積載物移動装置の制御部は、前記姿勢制御装置のベースを含む当該積載物移動装置の車体部に取り付けられた傾斜センサからの出力信号で前記車体部の傾きを知り、前記キャリアの前記車体部に対する傾きが前記車体部の傾きを相殺することとなるように前記モータを制御することが好ましい。

　本発明によると、積載物を支持するためのキャリアは複数のリンクで支持されるものであるから、キャリアが回転軸まわりに回転するという仕組みを用いることなくキャリアを傾けることができ、積載物の重心から回転軸が離れているために積載物が大きく振られ、そのことが積載物に悪影響を及ぼすといった事態を回避することができる。また、アクチュエータが直接的にキャリアを傾けるのでなく、シフタをスライドさせることでキャリアの傾きを制御するので、大出力の動力源を用いなくてもベースに対するキャリアの傾きを変えることができる。また回転軸を中心にキャリアを回動させる仕組みに比べ、キャリアを傾けるメカニズムを省スペースのものとすることができる。

本発明の実施形態に係る姿勢制御装置を搭載した積載物移動装置の概略背面図である。姿勢制御装置の斜視図である。図２と異なる状態を示す姿勢制御装置の斜視図である。姿勢制御装置に含まれるキャリアとそれに固定されたレバーの側面図である。姿勢制御装置の動き方を説明する第１の説明図である。姿勢制御装置の動き方を説明する第２の説明図である。姿勢制御装置の動き方を説明する第３の説明図である。第２実施形態に係る姿勢制御装置の構造を説明する第１の斜視図である。第２実施形態に係る姿勢制御装置の構造を説明する第２の斜視図である。姿勢制御装置を別用途に用いた実施形態の概略説明図である。従来の姿勢制御装置の動作説明図である。

＜第１実施形態＞
　本段落の冒頭に置かれた「第１実施形態」というタイトルは、図１から図４までの図に示されたものが、本発明に係る姿勢制御装置の第１実施形態であり、また姿勢制御装置を搭載した積載物移動装置の第１実施形態であるという点をふまえている。積載物移動装置の第１実施形態は電動車椅子１として具現化されている。

　電動車椅子１の構造を説明する。電動車椅子１は、車体部１０と、車体部１０に姿勢制御装置３０を介して支持される座席２０を備える。姿勢制御装置３０は座席支持装置ということになる。

　車体部１０は、左右一対の後輪１１と、同じく左右一対の図示しない前輪により、床面や路面等の走行路上に４点支持される。後輪１１には走行モータ１２の回転力がギアボックス１３を介して伝えられ、これにより後輪１１は駆動輪として機能する。前記図示しない前輪の車体部１０に対する角度を変えることで、電動車椅子１の進路を変えることができる。

　車体部１０には、走行モータ１２の電源となるバッテリー１４と、バッテリー１４の充電器１５が搭載される。車体部１０にはさらに、前記図示しない前輪の操舵を行うハンドル１６が設けられる。ハンドル１６には左右一対のバックミラー１７が取り付けられている。

　続いて姿勢制御装置３０の構造を説明する。図１から図４までの図において、図の左側が電動車椅子１においても左側であり、図の右側が電動車椅子１においても右側である。

　姿勢制御装置３０は、車体部１０に支持されるベース３１と、座席２０が固定されるキャリア３２を備える。ここでは座席２０がキャリア３２に支持される積載物ということになる。ベース３１はキャリア３２に対向して設置されている。

　ベース３１は平面形状矩形であって左右両端に立ち上がり壁を有する形状である。キャリア３２も平面形状矩形であるが、こちらは１個のフレームとして構成されている。

　ベース３１には、前後方向に延びる水平な回転軸が２本、左右に間隔を置いて平行に配置される。左側のものが回転軸３３Ｌであり、右側のものが回転軸３３Ｒである。回転軸３３Ｌ、３３Ｒは、ベース３１に固定された軸受３４により回転可能に支持される。軸受３４は、回転軸３３Ｌと回転軸３３Ｒをそれらの両端部で支持するため、それぞれの軸に対し２個ずつ設けられる。軸受３４にはピロー型軸受が用いられている。

　回転軸３３Ｌには２個のリンク３５Ｌの一端が固定され、回転軸３３Ｒには２個のリンク３５Ｒの一端が固定される。２個のリンク３５Ｌは、互いの間に間隔を置き、且つ回転軸３３Ｌに対する角度を一致させる形で回転軸３３Ｌに固定される。２個のリンク３５Ｒは、互いの間に間隔を置き、且つ回転軸３３Ｒに対する角度を一致させる形で回転軸３３Ｒに固定される。

　キャリア３２には、前後方向に延びる水平な回転軸が２本、左右に間隔を置いて平行に配置される。左側のものが回転軸３６Ｌであり、右側のものが回転軸３６Ｒである。２個のリンク３５Ｌの、回転軸３３Ｌに固定されたのとは反対側の端は回転軸３６Ｌに固定される。２個のリンク３５Ｒの、回転軸３３Ｒに固定されたのとは反対側の端は回転軸３６Ｒに固定される

　回転軸３６Ｌ、３６Ｒは、キャリア３２に固定された軸受３７により回転可能に支持される。軸受３７は、回転軸３６Ｌと回転軸３６Ｒをそれらの両端部で支持するため、それぞれの軸に対し２個ずつ設けられる。軸受３７には菱フランジ型軸受が用いられている。

　回転軸３６Ｌ、３６Ｒの間隔は回転軸３３Ｌ、３３Ｒの間隔より狭い。そのためリンク３５Ｌ、３５Ｒは、上部がすぼまり、下部が広がった形の配置となる

　上記のようにしてキャリア３２は、２個のリンク３５Ｌと２個のリンク３５Ｒによりベース３１の上に支持される。リンク３５Ｌは回転軸３３Ｌを中心として電動車椅子１の前後方向の軸線まわりに垂直面内で回動可能であり、リンク３５Ｒは回転軸３３Ｒを中心として電動車椅子１の前後方向の軸線まわりに垂直面内で回動可能であり、キャリア３２のベース３１に対する傾きはリンク３５Ｌ、３５Ｒの角度に応じて変わる。この実施形態の場合、キャリア３２は左右方向において傾きが変わる。

　本実施形態ではリンク３５Ｌとリンク３５Ｒの数を２個ずつとしたが、２個という数は発明を限定するものではない。３個以上の数とすることも可能であるし、リンク３５Ｌとリンク３５Ｒの幅を十分に広くするならば、１個ずつで済ますことも可能である。要は、キャリア３２に加わる前後方向のモーメントを支えるのに十分な剛性を備えた構造でありさえすればよい

　ベース３１に対するキャリア３２の傾きを変えるのはモータによってスライドせしめられるシフタであり、そのメカニズムは次の通りである

　キャリア３２の中央には前後方向に延びるビーム３２ａが設けられている。このビーム３２ａにレバー３８が固定されている。レバー３８はキャリア３２に対し直角をなすように下方に突き出す。図４に示す通り、レバー３８の先端付近には長穴３８ａが形成されている。長穴３８ａの長軸方向はレバー３８が突き出す方向に一致する。

　ベース３１の上面には、回転軸３３Ｌ、３３Ｒの間の位置に、左右方向に延びる水平なネジ軸３９が配置されている。ネジ軸３９はベース３１に固定された軸受４０により回転可能に支持される。軸受４０は、ネジ軸３９を両端部で支持するため、２個設けられる。軸受４０にはピロー型軸受が用いられている。

　ネジ軸３９を回転させるモータは図１に示すチルトモータ４２である。チルトモータ４２はネジ軸３９に固定された歯車４３に自身の歯車をかみ合わせてネジ軸３９に回転を伝える。チルトモータ４２にはモータドライバ４４が組み合わせられる。

　シフタ４１の上面には前後一対の軸受４５が固定される。軸受４５はピロー型であり、前後方向に延びる軸４６の両端を支持する。軸４６の中間部はレバー３８の長穴３８ａを通り抜ける。これによりレバー３８とシフタ４１は相対回転可能に連結される。また、軸４６の中間部が通り抜けるのは単なる円形の穴ではなく長穴３８ａであり、長穴３８ａの長軸方向はレバー３８が突き出す方向に一致しているため、レバー３８とシフタ４１はレバー３８の突き出し方向における相対移動も可能である。

　図１に示す通り、車体部１０には傾斜センサ１８が取り付けられている。傾斜センサ１８の出力信号は制御部５０に入力される。制御部５０はＰＬＣ（programmable　logic　　　　controller）により構成され、チルトモータ４２のモータドライバ４４に対し制御信号を出力する。

　電動車椅子１の動作は次の通りである。搭乗者は座席２０に座り、ハンドル１６に設けられた図示しない操作スイッチやブレーキレバーを操作して、またハンドル１６そのものを操作して、電動車椅子１を運転する。

　電動車椅子１の走行路が左右方向に傾斜していると車体部１０が傾く。車体部１０が傾けば傾斜センサ１８も傾き、傾斜センサ１８は傾斜角に応じた信号を出力する。その信号
で車体部１０の傾きを知った制御部５０は、座席２０を水平に保つのに必要なチルトモータ４２の回転方向と回転角を計算し、それを制御信号としてモータドライバ４４に出力する。モータドライバ４４は制御信号に従ってチルトモータ４２を駆動する。

　チルトモータ４２が回転するとネジ軸３９が回転し、シフタ４１は左右いずれか一方にスライドする。車体部１０が右下がりに傾いたときは、制御部５０はシフタ４１を右方向にスライドさせる。すると図６に示すように、レバー３８の角度が変わり、レバー３８に固定されているキャリア３２は左下がりに傾く。車体部１０の右下がりの傾きと、車体部１０に対し左下がりとなるキャリア３２の傾きが相殺され、キャリア３２及びそれに固定された座席２０はほぼ水平を保つ。これにより搭乗者は、バランスを崩すことなく座席２０に座り続けることができる。

　車体部１０が左下がりに傾いたときは、制御部５０はシフタ４１を左方向にスライドさせる。すると図７に示すように、レバー３８の角度が変わり、レバー３８に固定されているキャリア３２は右下がりに傾く。車体部１０の左下がりの傾きと、車体部１０に対し右下がりとなるキャリア３２の傾きが相殺され、キャリア３２及びそれに固定された座席２０はほぼ水平を保つ。これにより搭乗者は、バランスを崩すことなく座席２０に座り続けることができる。

　キャリア３２が傾くのに従い、レバー３８は軸３６に対し相対的に上下するが、その動きは、軸３６が通っているのが長穴３８ａであることにより吸収され、レバー３８とキャリア３２の動きは制約されない。

　シフタ４１はネジ軸３９の回転でスライドするものであるから、チルトモータ４２は大出力の大型モータである必要はない。このことは姿勢制御装置３０の省スペース化に貢献する。またチルトモータ４２はシフタ４１を水平方向にスライドさせるものであって、シフタ４１に上下方向のストロークは必要ないことも姿勢制御装置３０の省スペース化に貢献する。

　長さの異なるリンク３５Ｌ、３５Ｒを用いればキャリア３２の動きを変えることができる。すなわちリンク３５Ｌ、３５Ｒを長さの異なるものに交換するだけで、異なる機種の電動車椅子に姿勢制御装置３０を対応させることができる。

　本実施形態の姿勢制御装置３０は走行路の左右方向の傾斜を吸収するものであったが、姿勢制御装置３０の向きを９０°変えれば、走行路の前後方向の傾斜を吸収することができる。左右方向の傾斜を吸収する姿勢制御装置と前後方向の傾斜を吸収する姿勢制御装置を組み合わせて用いれば、走行路が前後左右どのように傾いていても座席２０の水平を保つことができる。

＜第２実施形態＞
　本段落の冒頭に置かれた「第２実施形態」というタイトルは、図８及び図９に示されたものが、本発明に係る姿勢制御装置の第２実施形態であるという点をふまえている。姿勢制御装置の第２実施形態も電動車椅子の座席支持装置として具現化されているものとする。第１実施形態の姿勢制御装置と機能的に共通する構成要素には第１実施形態の説明で用いた符号をそのまま付す。

　図８及び図９に示された姿勢制御装置３０Ｍは、ベース３１の四隅とキャリア３２の四隅を計４本のリンク６０で連結している。各リンク６０は、ベース３１とキャリア３２に対し、それぞれユニバーサルジョイント６１で連結されている。

　キャリア３２の下面中央からはキャリア３２に対し直角をなすようにレバー３８が下向きに突き出す。レバー３８はキャリア３２に固定されており、キャリア３２に対する角度を変えない。

　レバー３８の角度を変えるシフタ４１はユニバーサルジョイント６２を介してレバー３８に連結される。レバー３８はユニバーサルジョイント６２に対し軸線方向にスライド可能とされている。すなわちレバー３８とユニバーサルジョイント６２はレバー３８の突き出し方向に相対移動可能である。

　第１実施形態の姿勢制御装置３０では１本のネジ軸３９がシフタ４１を貫通していたが、第２実施形態の姿勢制御装置３０Ｍではネジ軸３９Ａとネジ軸３９Ｂがシフタ４１を貫通する。ネジ軸３９Ａは第１実施形態の姿勢制御装置３０のネジ軸３９と同様に左右方向に延びる。ネジ軸３９Ｂは前後方向に延びる。ネジ軸３９Ａはベース３１に対し、左右方向には相対移動不能、前後方向には相対移動可能とされる。ネジ軸３９Ｂはベース３１に対し、左右方向には相対移動可能、前後方向には相対移動不能とされる。この構造により、シフタ４１は直交する２軸方向にスライド可能である。

　ネジ軸３９Ａとネジ軸３９Ｂを手動で、またはモータで回転させれば、シフタ４１は前後左右方向に二次元的にスライドする。これによりキャリア３２の傾きを左右方向ばかりでなく前後方向にも制御することが可能になる。

　第２実施形態の姿勢制御装置３０Ｍを電動車椅子１に搭載し、ネジ軸３９Ａとネジ軸３９Ｂをそれぞれ別のチルトモータで回転させることとすれば、走行路の左右方向の傾斜と前後方向の傾斜の両方を単一の姿勢制御装置３０Ｍで吸収することができる。

＜第３実施形態＞
　本段落の冒頭に置かれた「第３実施形態」というタイトルは、第１実施形態の姿勢制御装置が新たな用途に用いられたという点をふまえている。第１実施形態の姿勢制御装置３０は、図１０では太陽電池パネル７０の支持に用いられている。

　言うまでもないが、太陽の高度は季節によって異なる。太陽の高度が低くなる冬季には、太陽の方に向くようにソーラーパネル（太陽電池パネル）７０をより大きく傾けることで発電効率を高めることができる。シフタ４１は手動で、例えば手回し式のネジ軸でスライドさせることとすればよい。ソーラーパネル７０の角度を頻繁に変える必要はない。年４回ほど変えるだけでも発電効率の向上に相当な効果がある。

　姿勢制御装置３０は複数のリンクでキャリア３２を支える構造であるから強度があり、ソーラーパネル７０の重量を問題なく受け止めることができる。またシフタ４１のスライドという、ただ１箇所のスライドだけでソーラーパネル７０の姿勢制御を行えるから、操作が簡単である。

　図１０ではキャリア３２に別体のソーラーパネル７０が取り付けられているが、キャリア３２とソーラーパネル７０を一体化してもよい。また、第１実施形態の姿勢制御装置３０に代え、第２実施形態の姿勢制御装置３０Ｍを用いてもよい。

　以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

　本発明は姿勢制御装置に広く利用可能である。

　　　１　　電動車椅子（積載物移動装置）
　　　１０　車体部
　　　１８　傾斜センサ
　　　２０　座席
　　　３０　姿勢制御装置
　　　３１　ベース
　　　３２　キャリア
　　　３５Ｌ、３５Ｒ　リンク
　　　３８　レバー
　　　３９　ネジ軸
　　　４１　シフタ
　　　４２　チルトモータ
　　　５０　制御部
　　　３０Ｍ　姿勢制御装置
　　　６０　リンク
　　　６１、６２　ユニバーサルジョイント
　　　７０　ソーラーパネル

Claims

　姿勢制御装置であって、以下の構成を備えるもの：
　積載物を支持するためのキャリアと、
　前記キャリアと対向して設置されたベースと、
　前記ベースと前記キャリアに両端が回転可能に連結された複数のリンクと、
　前記ベース側に突き出した形で前記キャリアに固定されたレバーと、
　前記ベースに、当該ベースの主平面と平行にスライド可能に設置されるとともに、前記レバーが相対回転及び前記突き出し方向における相対移動が可能であるように連結されたシフタとを備え、
　前記シフタをスライドさせることで、前記キャリアの傾きを制御する。
　請求項１の姿勢制御装置であって、以下の構成を備えるもの：
　前記シフタは１軸方向にスライドする。
　請求項１の姿勢制御装置であって、以下の構成を備えるもの：
　前記シフタは直交する２軸方向にスライドする。
　請求項１の姿勢制御装置であって、以下の構成を備えるもの：
　前記リンクは前記シフタの両側に配置されている。
　請求項１の姿勢制御装置であって、以下の構成を備えるもの：
　前記シフタはネジ軸でスライドする。
　請求項５の姿勢制御装置であって、以下の構成を備えるもの：
　前記ネジ軸はモータで回転せしめられる。
　積載物移動装置であって、以下の構成を備えるもの：
請求項１から５までのいずれかの姿勢制御装置を搭載した。
　積載物移動装置であって、以下の構成を備えるもの：
　請求項６の姿勢制御装置を搭載した。
　請求項８の姿勢制御装置であって、以下の構成を備えるもの：
　当該積載物移動装置の制御部は、前記姿勢制御装置のベースを含む当該積載物移動装置の車体部に取り付けられた傾斜センサからの出力信号で前記車体部の傾きを知り、前記キャリアの前記車体部に対する傾きが前記車体部の傾きを相殺することとなるように前記モータを制御する。