WO2017068621A1 - 補助動力付き電動車椅子、補助動力付き電動車椅子の制御方法 - Google Patents

Abstract

ハンドリムと、ハンドリムに加えられたトルクを受けて回転する車輪と、ハンドリムに加えられたトルクに応じた補助動力を車輪に加える駆動制御部とを備え、駆動制御部は、車輪の回転方向の逆方向に働くブレーキトルクを車輪に加えるブレーキモードを実行することで、ハンドリムに加えられたトルクが無い状態で回転する車輪の回転を減速させる。

Description

補助動力付き電動車椅子、補助動力付き電動車椅子の制御方法

　本発明は、ハンドリムに加えられたトルクに応じた補助動力を車輪に加える電動車椅子に関するものである。

　従来、ユーザーによりハンドリムに加えられたトルクに応じた補助動力を車輪に加えることで、ユーザーの操作をアシストする電動車椅子が知られている。また、特許文献１では、ユーザーがハンドリムを放した後は、車輪に加える補助動力を速やかに減衰させることで、電動車椅子の俊敏な操作を実現している。

特開平１１－３４２１５９号公報

　ところで、特許文献１の技術では、ユーザーがハンドリムを放して補助動力がゼロに減衰した後も、暫くの間は電動車椅子が惰走する。しかしながら、スペースの限られた室内で電動車椅子を用いる場合、ユーザーによっては、このような惰走を必ずしも好まず、電動車椅子にさらなる俊敏性を求める者もいる。

　本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、補助動力付き電動車椅子の惰走を抑えて俊敏性を向上させることを可能とする技術の提供を目的とする。

　本発明に係る補助動力付き電動車椅子は、ハンドリムと、ハンドリムに加えられたトルクを受けて回転する車輪と、ハンドリムに加えられたトルクに応じた補助動力を車輪に加える駆動制御部とを備え、駆動制御部は、車輪の回転方向の逆方向に働くブレーキトルクを車輪に加えるブレーキモードを実行することで、ハンドリムに加えられたトルクが無い状態で回転する車輪の回転を減速させる。

　本発明に係る補助動力付き電動車椅子の制御方法は、ハンドリムと、ハンドリムに加えられたトルクを受けて回転する車輪とを備える補助動力付き電動車椅子のハンドリムに加えられたトルクに応じた補助動力を車輪に加える工程と、車輪の回転方向の逆方向に働くブレーキトルクを車輪に加えるブレーキモードを実行することで、ハンドリムに加えられたトルクが無い状態で回転する車輪の回転を減速させる工程とを備える。

　このように構成された本発明（補助動力付き電動車椅子、補助動力付き電動車椅子の制御方法）では、車輪の回転方向の逆方向に働くブレーキトルクを車輪に加えるブレーキモードを実行することで、ハンドリムに加えられたトルクが無い状態で回転する車輪の回転を減速させる。したがって、ユーザーがハンドリムにトルクを加えていない場合には、ブレーキトルクによって車輪の回転を速やかに減速させることができる。その結果、補助動力付き電動車椅子の惰走を抑えて俊敏性を向上させることが可能となっている。

　本発明では、補助動力付き電動車椅子の俊敏性を向上させることが可能となる。

本発明にかかる補助動力付き電動車椅子の一実施形態を示す側面図である。 図１の補助動力付き電動車椅子の平面図である。 図１の補助動力付車椅子が備える制御装置を部分的に示すブロック図である。 各コントローラー内に構築される電気的構成を示すブロック図である。 ブレーキトルク決定部がブレーキ電流値の算出に用いる速度依存変換規則の一例を模式的に示す図である。 ブレーキトルク決定部がブレーキ電流値の算出に用いる時間依存変換規則の一例を模式的に示す図である。 左右輪それぞれの主制御ユニットが実行する車輪駆動制御の一例を示すフローチャートである。 図７の車輪駆動制御で実行されるブレーキモードの一例を示すフローチャートである。 ブレーキモードを有しない車輪駆動制御とブレーキモードを有する車輪駆動制御との制御結果を比較した一例を模式的に示す図である。 時間依存変換規則における経過時間に対するゲインの変化率と駆動指令との関係を模式的に示す図である。

　図１は本発明にかかる補助動力付き電動車椅子の一実施形態を示す側面図である。図２は図１の補助動力付き電動車椅子の平面図である。ここで例示する補助動力付き電動車椅子（以下、単に「車椅子」という）１は、既存の折り畳み式手動車椅子に補助動力装置(Power Assist System) を装備したものである。この車椅子１は、左右一対の車輪２１Ｌ、２１Ｒと、左右一対のキャスター２２Ｌ、２２Ｒと、パイプ枠状のフレーム３とを有している。

　フレーム３の中央部には布製のシート３１（図２）が張設され、このシート３１にユーザーが着座可能となっている。このフレーム３は複数のアームを有している。それらのうち左右一対のハンドルアーム３ｂはフレーム３の後方部で立設されている。各ハンドルアーム３ｂの上端部は後方に折曲され、その折曲部に対して介助者用のグリップ３２が取り付けられている。各ハンドルアーム３ｂの高さ方向の中央部からは、アーム３ｃが車体前方に水平に延びている。このように設けられた左右一対のアーム３ｃの前端部は略直角に折り曲げられて下方に延びており、左右アーム３ｃの下端部に対してキャスター２２Ｌ、２２Ｒがそれぞれ回転可能に支持されている。左右アーム３ｃの下方には、左右一対のアーム３ｄが配置されている。各アーム３ｄの前方部分は車体前方に向かって斜め下方に延出されており、各前端部にステップ３３が取り付けられている。こうして設けられた左右一対のステップ３３がユーザーの足置きとして機能する。キャスター２２Ｌ、２２Ｒの後方側では、車輪２１Ｌ、２１Ｒがそれぞれフレーム３の左右部に対して着脱可能に取り付けられ、キャスター２２Ｌ、２２Ｒと協働してフレーム３を移動可能に支持する。図示を省略するが、各車輪２１Ｌ、２１Ｒはフレーム３に溶接されたボス部に支持された車軸にボールベアリングを介して回転可能に支承されている。

　車輪２１Ｌの外側にはリング状のハンドリム１３Ｌが設けられ、ユーザーはハンドリム１３Ｌを手動で操作することで車輪２１Ｌを回転させることができる。また、ハンドリム１３Ｌのハブには、ユーザーがハンドリム１３Ｌに加えたトルクを検出するトルクセンサー４Ｌが内蔵されている。さらに、フレーム３には車輪２１Ｌの回転軸に接続された駆動モーター１５Ｌが取り付けられており、トルクセンサー４Ｌが検出したトルクに応じた補助動力を駆動モーター１５Ｌが車輪２１Ｌに加える。かかる左側と同様に右側においても、ユーザーによりハンドリム１３Ｒに加えられたトルクをトルクセンサー４Ｒが検出し、駆動モーター１５Ｒがトルクセンサー４Ｒにより検出されたトルクに応じた補助動力を車輪２１Ｒに加える。なお、車輪に対してハンドリム、トルクセンサーおよび駆動モーターを取り付ける具体的構造は、例えば特開２０１５－１３００９号公報に詳述されているため、ここではその説明を省略する。

　また、駆動モーター１５Ｌ、１５Ｒへの電力供給を行うために、バッテリー１７がフレーム３に搭載されている。バッテリー１７は車輪２１Ｒの近傍位置で脱着可能に取り付けられ、駆動モーター１５Ｒに直接的に給電する。また、フレーム３にワイヤーハーネス１８が車輪２１Ｒ側から車輪２１Ｌ側に設置されており、バッテリー１７はワイヤーハーネス１８を介して駆動モーター１５Ｌに給電する。

　図３は図１の補助動力付車椅子が備える制御装置を部分的に示すブロック図である。　同図に示す制御装置８は、左側の車輪２１Ｌに対して設けられた左輪コントローラー８０Ｌと、右側の車輪２１Ｒに対して設けられた右輪コントローラー８０Ｒとを有する。これらは同様の構成を具備するため、続いては、左輪コントローラー８０Ｌについて詳述した後に、右輪コントローラー８０Ｒの要点を説明する。

　左輪コントローラー８０Ｌは、補助動力の制御を統括的に管理する主制御ユニット８１と、補助動力の制御に必要な情報を記憶する不揮発性メモリー８２とを有する。主制御ユニット８１は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)８１０、ＲＡＭ(Random Access Memory)８１１およびＲＯＭ(Read Only Memory)８１２で構成されたマイクロコンピューターである。

　さらに、左輪コントローラー８０Ｌは、各種ハードウェアとの間で信号を送受信するためのＩ／Ｆ（インターフェース）を有しており、具体的には、通信Ｉ／Ｆ８３、モーター出力Ｉ／Ｆ８４、エンコーダーＩ／Ｆ８５およびトルクセンサーＩ／Ｆ８６を有する。通信Ｉ／Ｆ８３は、右輪コントローラー８０Ｒとの間で通信を行うものである。モーター出力Ｉ／Ｆ８４は、駆動モーター１５Ｌに接続されており、主制御ユニット８１は、モーター出力Ｉ／Ｆ８４を介して駆動指令Ｔｃを駆動モーター１５Ｌへ与える。これによって、駆動モーター１５Ｌは、駆動指令Ｔｃが示す大きさのトルクを生じる。エンコーダーＩ／Ｆ８５は、駆動モーター１５Ｌに設けられたエンコーダー１５ａに接続されており、主制御ユニット８１は、エンコーダーＩ／Ｆ８５を介してエンコーダー１５ａの出力信号を受信し、駆動モーター１５Ｌの回転速度Ｖを取得する。

　トルクセンサーＩ／Ｆ８６は、左側のハンドリム１３Ｌに印加されたトルクの検出結果をトルク検出値Ｔｄとして出力するトルクセンサー４Ｌに接続されており、主制御ユニット８１は、トルクセンサー４Ｌが出力するトルク検出値ＴｄをトルクセンサーＩ／Ｆ８６を介して受信する。そして、主制御ユニット８１は左側のハンドリム１３Ｌについて検出されたトルク検出値Ｔｄに基づき駆動指令Ｔｃを生成し、この駆動指令Ｔｃを左側の車輪２１Ｌに接続された駆動モーター１５Ｌに送信する。これによって、ユーザーが左側のハンドリム１３Ｌに印加したトルクに応じた補助動力が左側の車輪２１Ｌに与えられる。

　一方、右輪コントローラー８０Ｒは、上述の左輪コントローラー８０Ｌが左側の車輪２１Ｌについて備える構成と同様の構成を、右側の車輪２１Ｒについて備える。つまり、右輪コントローラー８０Ｒにおいては、主制御ユニット８１が右側のハンドリム１３Ｒについて検出されたトルク検出値Ｔｄに基づき駆動指令Ｔｃを生成し、この駆動指令Ｔｃを右側の車輪２１Ｒに接続された駆動モーター１５Ｒに送信する。これによって、ユーザーが右側のハンドリム１３Ｒに印加したトルクに応じた補助動力が右側の車輪２１Ｒに与えられる。

　さらに、右輪コントローラー８０Ｒの主制御ユニット８１は、フレーム３に取り付けられたユーザーＩ／Ｆ８７に接続されている。つまり、ユーザーＩ／Ｆ８７は右輪コントローラー８０Ｒの主制御ユニット８１により制御され、主制御ユニット８１は、ユーザーによるユーザーＩ／Ｆ８７への入力に応じた演算を実行したり、その演算結果をユーザーへ向けてユーザーＩ／Ｆ８７に表示したりする。

　図４は各コントローラー内に構築される電気的構成を示すブロック図である。同図に示すように、左輪コントローラー８０Ｌおよび右輪コントローラー８０Ｒそれぞれの主制御ユニット８１は、所定の駆動制御プログラムを実行することで、アシスト計算部９１、アシスト制限部９２、減算部９３およびブレーキトルク決定部９４といった各演算部を構築する。続いては、左輪コントローラー８０Ｌについて詳述してから、右輪コントローラー８０Ｒの要点を説明する。

　左輪コントローラー８０Ｌでは、左側のハンドリム１３Ｌに印加されたトルクを示すトルク検出値ＴｄがトルクセンサーＩ／Ｆ８６を介してアシスト計算部９１に入力されると、アシスト計算部９１がトルク検出値Ｔｄに応じた基準電流値Ｉｓｏを算出する。この基準電流値Ｉｓｏは、例えばトルク検出値ＴｄにゲインＧｏを乗じることで求められる（Ｉｓｏ＝Ｇｏ×Ｔｄ）。ここでアシスト計算部９１が求める基準電流値Ｉｓｏは、ハンドリム１３Ｌに印加されたトルクの向きに車輪２１Ｌを回転させる向きの電流値であり、車椅子１が前進する方向にハンドリム１３Ｌにトルクが印加された場合は、基準電流値Ｉｓｏは正の値を有し、車椅子１が後進する方向にハンドリム１３Ｌにトルクが印加された場合は、基準電流値Ｉｓｏは負の値を有する。なお、基準電流値Ｉｓｏを求める方法はこれに限られず、例えば特開２０１５－１３００９号公報における駆動信号の算出方法を用いて基準電流値Ｉｓｏ（駆動信号）を求めても良い。

　アシスト計算部９１が求めた基準電流値Ｉｓｏはアシスト制限部９２に入力され、アシスト制限部９２は基準電流値Ｉｓｏと電流閾値Ｉｈとを比較する。基準電流値Ｉｓｏが電流閾値Ｉｈ以下である場合は、アシスト制限部９２は基準電流値Ｉｓｏを補助電流値Ｉｓとして出力し、基準電流値Ｉｓｏが電流閾値Ｉｈより大きい場合は、アシスト制限部９２は電流閾値Ｉｈを補助電流値Ｉｓとして出力する。こうして、アシスト制限部９２が出力する補助電流値Ｉｓが電流閾値Ｉｈ以下に制限される。ここで、電流閾値Ｉｈは車輪２１Ｌを所定の制限速度で駆動する駆動モーター１５Ｌに流れる電流値であり、駆動モーター１５Ｌに電流閾値Ｉｈを流すと車輪２１Ｌが制限速度で回転する。したがって、補助電流値Ｉｓを電流閾値Ｉｈ以下に抑えることで、駆動モーター１５Ｌの駆動による車輪２１Ｌの回転速度を制限速度以下に抑えることができる。なお、電流閾値Ｉｈの設定方法はこれに限られず、例えば駆動モーター１５Ｌあるいはバッテリー１７の温度が所定の制限温度以下となるように電流閾値Ｉｈを設定することもできる。また、アシスト制限部９２を省略して、基準電流値Ｉｓｏをそのまま補助電流値Ｉｓとして出力するように構成しても構わない。

　アシスト制限部９２が出力した補助電流値Ｉｓは減算部９３に入力され、減算部９３は後述するブレーキ電流値Ｉｂを補助電流値Ｉｓから減算した値を有する駆動指令Ｔｃ（電流）を駆動モーター１５Ｌに入力する。つまり、駆動モーター１５Ｌは、駆動指令Ｔｃとして入力された電流（＝Ｉｓ－Ｉｂ）により回転することで、左側の車輪２１Ｌを回転させる。これによって、ユーザーが左側のハンドリム１３Ｌに印加したトルクに応じた補助動力が左側の車輪２１Ｌに与えられ、車輪２１Ｌが駆動される。

　ブレーキトルク決定部９４は、上記のブレーキ電流値Ｉｂを算出する。具体的には、図５に示す速度依存変換規則Ｒｓから求められる基準電流値Ｉｂｏに、図６に示す時間依存変換規則Ｒｔから求められるゲインＧｂを乗じることで、ブレーキ電流値Ｉｂが算出される。ここで、図５はブレーキトルク決定部がブレーキ電流値の算出に用いる速度依存変換規則の一例を模式的に示す図であり、図６はブレーキトルク決定部がブレーキ電流値の算出に用いる時間依存変換規則の一例を模式的に示す図である。これら速度依存変換規則Ｒｓおよび時間依存変換規則Ｒｔは、駆動制御プログラムの実行に伴って不揮発性メモリー８２に展開・記憶される。

　図５では、車輪の回転速度Ｖを横軸とし、基準電流値Ｉｂｏを縦軸として、車輪の回転速度Ｖと基準電流値Ｉｂｏとの関係を規定する速度依存変換規則Ｒｓが示されている。ここで、車椅子１が前進する場合の車輪２１Ｌの回転方向を正とし、車椅子１が後進する場合の車輪２１Ｌの回転方向を負として、回転速度Ｖが表されている。さらに、車椅子１が前進する方向へ車輪２１Ｌを回転させる電流の方向を正とし、車椅子１が後進する方向へ車輪２１Ｌを回転させる電流の方向を負として、基準電流値Ｉｂｏが表されている。また、図６では、ハンドリム１３Ｌ、１３Ｒの両方のトルク検出値Ｔｄが消失してからの経過時間ｔを横軸とし、ゲインＧｂを縦軸として、経過時間ｔとゲインＧｂとの関係を規定する時間依存変換規則Ｒｔが示されている。なお、ハンドリム１３Ｌ、１３Ｒそれぞれのトルク検出値Ｔｄが消失するタイミングが異なる場合は、これらの消失タイミングのうち遅い方の消失タイミングからの経過時間ｔを計測する。

　左輪コントローラー８０Ｌのブレーキトルク決定部９４には、左側のハンドリム１３Ｌについてのトルク検出値Ｔｄと、右側のハンドリム１３Ｒについてのトルク検出値Ｔｄとが、各トルクセンサーＩ／Ｆ８６を介して入力される。そして、ブレーキトルク決定部９４は、ハンドリム１３Ｌ、１３Ｒの両方のトルク検出値Ｔｄが消失した（すなわち、ゼロになった）ことを確認すると、図５および図６の変換規則Ｒｓ、Ｒｔに基づきブレーキ電流値Ｉｂを算出する。

　つまり、ブレーキトルク決定部９４は、駆動モーター１５Ｌのエンコーダー１５ａからエンコーダーＩ／Ｆ８５を介して車輪２１Ｌの回転速度Ｖを取得する。そして、ブレーキトルク決定部９４は、速度依存変換規則Ｒｓに基づき回転速度Ｖを基準電流値Ｉｂｏに変換する。図５に示すように、回転速度Ｖが所定の速度範囲（－４～４[km/h]）にある場合は、速度依存変換規則Ｒｓは、回転速度Ｖの絶対値がゼロから所定速度（４[km/h]）まで増大するのに応じて、基準電流値Ｉｂｏの絶対値をゼロから所定の電流値Ｉｂｍ（＞０）まで線形に増大させる。一方、回転速度Ｖが所定の速度範囲以上あるいは以下の場合は、速度依存変換規則Ｒｓは、回転速度Ｖの絶対値の増大によらず、基準電流値Ｉｂｏの絶対値を電流値Ｉｍとする。また、基準電流値Ｉｂｏの正負は回転速度Ｖの正負に一致する。

　続いて、ブレーキトルク決定部９４は、ハンドリム１３Ｌ、１３Ｒの両方のトルク検出値が消失してからの経過時間ｔを計測し、時間依存変換規則Ｒｔに基づき経過時間ｔをゲインＧｂに変換する。ちなみに、図６では、５個の時間依存変換規則Ｒｔが示されている。これら時間依存変換規則Ｒｔは、経過時間ｔがゼロから増大するのに応じてゲインＧｂを０％から１００％へ線形に増大させるものであり、互いに異なる変化率で経過時間ｔに対してゲインＧｂを変化させる。そして、ブレーキトルク決定部９４は、これらの時間依存変換規則ＲｔのうちからユーザーＩ／Ｆ８７を介してユーザーが選択した１個の時間依存変換規則Ｒｔを用いて、経過時間ｔをゲインＧｂに変換する。

　こうして、ブレーキトルク決定部９４は、車輪２１Ｌの回転速度Ｖを速度依存変換規則Ｒｓにより変換した基準電流値Ｉｂｏに、印加トルク消失からの経過時間ｔを時間依存変換規則Ｒｔにより変換したゲインＧｂを乗じることで、ブレーキ電流値Ｉｂを算出する（Ｉｂ＝Ｇｂ×Ｉｂｏ）。そして、減算部９３が補助電流値Ｉｓからブレーキ電流値Ｉｂを減算した駆動指令Ｔｃを駆動モーター１５Ｌに入力する。つまり、ブレーキトルク決定部９４で求められたブレーキ電流値Ｉｂの符号を反転させた値の電流が駆動モーター１５Ｌには与えられる。これによって、ブレーキ電流値Ｉｂに応じた大きさを有し、車輪２１Ｌの回転方向の逆方向に働くブレーキトルクが駆動モーター１５Ｌにより車輪２１Ｌに与えられ、車輪２１Ｌの回転が減速される。

　また、右輪コントローラー８０Ｒの主制御ユニット８１は、上述の左輪コントローラー８０Ｌの主制御ユニット８１と同様に、駆動制御プログラムを実行することで、アシスト計算部９１、アシスト制限部９２、減算部９３およびブレーキトルク決定部９４を構築するとともに、速度依存変換規則Ｒｓおよび時間依存変換規則Ｒｔを不揮発性メモリー８２に展開・記憶する。ここで、右輪コントローラー８０Ｒで展開・記憶される速度依存変換規則Ｒｓおよび時間依存変換規則Ｒｔはそれぞれ左輪コントローラー８０Ｌで展開・記憶される速度依存変換規則Ｒｓおよび時間依存変換規則Ｒｔと同一である。

　そして、右輪コントローラー８０Ｒでは、アシスト計算部９１がハンドリム１３Ｒのトルク検出値Ｔｄに基づき基準電流値Ｉｓｏを求め、アシスト制限部９２が基準電流値Ｉｓｏと電流閾値Ｉｈとの比較に基づき補助電流値Ｉｓを求める。また、ブレーキトルク決定部９４はハンドリム１３Ｌ、１３Ｒの両方についてトルク検出値Ｔｄの消失を確認すると、車輪２１Ｒの回転速度Ｖを速度依存変換規則Ｒｓにより変換した基準電流値Ｉｂｏに、印加トルク消失からの経過時間ｔを時間依存変換規則Ｒｔにより変換したゲインＧｂを乗じることで、ブレーキ電流値Ｉｂを算出する。なお、５個の時間依存変換規則Ｒｔのうち、右輪コントローラー８０Ｒで用いる時間依存変換規則Ｒｔは、左輪コントローラー８０Ｌで用いるそれと同一である。そして、減算部９３が補助電流値Ｉｓからブレーキ電流値Ｉｂを減算した駆動指令Ｔｃを駆動モーター１５Ｒに入力する。これによって、ブレーキ電流値Ｉｂに応じた大きさを有し、車輪２１Ｒの回転方向の逆方向に働くブレーキトルクが駆動モーター１５Ｒにより車輪２１Ｒに与えられ、車輪２１Ｒの回転が減速される。

　図７は左右輪それぞれの主制御ユニットが実行する車輪駆動制御の一例を示すフローチャートである。図８は図７の車輪駆動制御で実行されるブレーキモードの一例を示すフローチャートである。特に図７および図８では、ハンドリム１３Ｌ、１３Ｒへの印加トルクが消失した後に車椅子１が停止する場合に実行されるフローが例示されている。なお、左右の車輪２１Ｌ、２１Ｒのいずれにおいても車輪駆動制御の内容は同様であるので、ここでは左の車輪２１Ｌについて説明を行い、右の車輪２１Ｒについては説明を省略する。

　図７に示すように、アシスト計算部９１がハンドリム１３Ｌについてトルク検出値Ｔｄを取得すると（ステップＳ１１）、アシスト計算部９１およびアシスト制限部９２が協働してトルク検出値Ｔｄに応じた補助電流値Ｉｓを算出する（ステップＳ１２）。そして、補助電流値Ｉｓを有する電流が駆動指令Ｔｃとして駆動モーター１５Ｌに入力され、駆動モーター１５Ｌが駆動指令Ｔｃに応じた大きさの補助動力を車輪２１Ｌに与える（ステップＳ１３）。続いて、ブレーキトルク決定部９４がハンドリム１３Ｌ、１３Ｒの両方についてトルク検出値Ｔｄが消失したかを確認する（ステップＳ１４）。ハンドリム１３Ｌ、１３Ｒの少なくとも一方についてゼロより大きい絶対値のトルク検出値Ｔｄが確認されると（ステップＳ１４で「ＮＯ」）、ステップＳ１１に戻って、ハンドリム１３Ｌ、１３Ｒの両方についてトルク検出値Ｔｄが消失するまで、同様の動作を繰り返す。一方、ステップＳ１４においてハンドリム１３Ｌ、１３Ｒの両方についてトルク検出値Ｔｄの消失が確認されると（ステップＳ１４で「ＹＥＳ」）、ステップＳ１５に進んでブレーキモードが実行される。

　図８に示すようにブレーキモードでは、ブレーキトルク決定部９４が車輪２１Ｌの回転速度Ｖを取得し（ステップＳ２１）、速度依存変換規則Ｒｓに基づき回転速度Ｖを基準電流値Ｉｂｏに変換する（ステップＳ２２）。さらに、ブレーキトルク決定部９４は、ハンドリム１３Ｌ、１３Ｒの両方のトルク検出値Ｔｄが消失してからの経過時間ｔを計測し（ステップＳ２３）、時間依存変換規則Ｒｔに基づき経過時間ｔからゲインＧｂを決定する（ステップＳ２４）。そして、ブレーキトルク決定部９４は、基準電流値ＩｂｏとゲインＧｂとを乗ずることでブレーキ電流値Ｉｂを算出する（ステップＳ２５）。続いて、ブレーキ電流値Ｉｂに応じた大きさを有し、車輪２１Ｌの回転方向の逆方向に働くブレーキトルクが駆動モーター１５Ｌにより車輪２１Ｌに与えられ（ステップＳ２６）、車輪２１Ｌの回転が減速される。ステップＳ２７では、車輪２１Ｌの回転が停止したかが確認され、車輪２１Ｌが回転していると（ステップＳ２７で「ＮＯ」）、ステップＳ２１～Ｓ２５が繰り返される。こうして、車輪２１Ｌの回転が停止するまで（ステップＳ２７で「ＹＥＳ」）、ブレーキトルクが車輪２１Ｌに与えられ、車輪２１Ｌの回転を減速させる。

　図９はブレーキモードを有しない車輪駆動制御とブレーキモードを有する車輪駆動制御との制御結果を比較した一例を模式的に示す図である。なお、左右の車輪２１Ｌ、２１Ｒのいずれにおいても車輪駆動制御の結果は同様であるので、ここでは左の車輪２１Ｌについて説明を行い、右の車輪２１Ｒについては説明を省略する。また、同図では、左右のハンドリム１３Ｌ、１３Ｒへの印加トルク（トルク検出値Ｔｄ）が同時に消失した場合を例示する。

　同図に示すように、ブレーキモードの有無によらず、ハンドリム１３Ｌへのトルク検出値Ｔｄの変化に応じて、駆動指令Ｔｃ（＝Ｉｓ－Ｉｂ）が変化する。そして、駆動指令Ｔｃの入力により駆動モーター１５Ｌが発生するトルクを受けて、車輪２１Ｌの回転速度Ｖが変化する。なお、同図では、主制御ユニット８１に設定される時定数に起因してトルク検出値Ｔｄ、駆動指令Ｔｃおよび回転速度Ｖの間に生じる遅れを強調して示している。この時定数は、例えば外部コンピューターにより、あるいはユーザーＩ／Ｆ８７により主制御ユニット８１に対して設定・変更することができる。

　同図の上段に示すようにブレーキモードが無い場合には、時刻「０」においてハンドリム１３Ｌへトルクの印加が開始されると、トルク検出値Ｔｄが増大し、これに応じて駆動指令Ｔｃが増大する。その結果、車輪２１Ｌは、駆動指令Ｔｃに応じた補助動力を受けて、回転する。時刻「ｔ１１」においてハンドリム１３Ｌへの印加トルクが消失し、トルク検出値Ｔｄがゼロになった後も、上述の時定数による遅れの影響で、車輪２１Ｌの回転方向への駆動指令Ｔｃが駆動モーター１５Ｌに入力される。その結果、車輪２１Ｌはその回転方向へ向けて、駆動モーター１５Ｌにより駆動される。そして、トルク検出値Ｔｄの消失に対応して、時刻ｔ１２に駆動指令Ｔｃがゼロになると、駆動モーター１５Ｌから車輪２１Ｌに与えられるトルクが無くなり、車輪２１Ｌは惰性で回転する。そして、時刻ｔ１３において車輪２１Ｌの回転速度Ｖがゼロとなる（車輪２１Ｌの回転が停止する）。

　一方、同図の下段に示すようにブレーキモードが有る場合は、時刻ｔ２１において駆動指令Ｔｃがゼロになるまでの制御結果は、ブレーキモードが無い場合と概ね同じである。一方、時刻ｔ２１において駆動指令Ｔｃがゼロになった以後の制御結果は、ブレーキモードが無い場合と大きく異なる。つまり、トルク検出値Ｔｄの消失に対応して、時刻ｔ２１に駆動指令Ｔｃがゼロになると、車輪２１Ｌの回転方向の逆方向に働くブレーキトルクが駆動モーター１５Ｌにより車輪２１Ｌに与えられ、車輪２１Ｌの回転が減速される（ブレーキモード）。特に、時刻ｔ２１～ｔ２２の前半期間は、ブレーキトルクの車輪２１Ｌへの印加が開始した時刻ｔ２１から時間の経過に伴ってブレーキトルクが増大する。これは、上述の時間依存変換規則Ｒｔに従って経過時間ｔに伴ってゲインＧｂを増加させる制御の結果である。また、時刻ｔ２２～ｔ２３の後半期間は、車輪２１Ｌの回転速度Ｖの減少に伴ってブレーキトルクが減少し、車輪２１Ｌの回転が停止する時刻ｔ２３においてブレーキトルクがゼロとなる。これは、上述の速度依存変換規則Ｒｓに従って回転速度Ｖに伴って基準電流値Ｉｂｏを変化させる制御の結果である。その結果、ブレーキモードが有る場合には、ブレーキモードが無い場合に比較して、車輪２１Ｌが停止するタイミングが時間Δｔ（＝ｔ１３－ｔ２３）だけ早まっており、すなわち車輪２１Ｌの惰走期間が時間Δｔだけ短縮されている。

　ところで、図６を用いて示したように、ブレーキモードでは、互いに異なる変化率で経過時間ｔに対してゲインＧｂを変化させる複数の時間依存変換規則Ｒｔを択一的に使用することができる。そして、これら時間依存変換規則Ｒｔを使い分けることで、図１０に示すように駆動指令Ｔｃの時間変化を調整することができる。ここで、図１０は時間依存変換規則における経過時間に対するゲインの変化率と駆動指令との関係を模式的に示す図である。図１０の駆動指令Ｔｃ１～Ｔｃ３のうち、駆動指令Ｔｃ１は経過時間ｔに対するゲインＧｂの変化率（ゲイン変化率）が１番大きい場合に相当し、駆動指令Ｔｃ２はゲイン変化率が２番目に大きい場合に相当し、駆動指令Ｔｃ３はゲイン変化率が３番目に大きい場合に相当する。このように、ゲイン変化率の高い時間依存変換規則Ｒｔを選択することで、ブレーキトルクが車輪２１Ｌに与えられる期間（すなわち、駆動指令Ｔｃが負となる期間）を早めて、車輪２１Ｌの惰走期間をさらに短縮することができる。

　以上に説明したように本実施形態では、車輪２１Ｌ、２１Ｒの回転方向の逆方向に働くブレーキトルクを車輪２１Ｌ、２１Ｒに加えるブレーキモードを実行することで、ハンドリム１３Ｌ、１３Ｒに加えられたトルクが無い状態で回転する車輪２１Ｌ、２１Ｒの回転を減速させる。したがって、ユーザーがハンドリム１３Ｌ、１３Ｒにトルクを加えていない場合には、ブレーキトルクによって車輪２１Ｌ、２１Ｒの回転を速やかに減速させることができる。その結果、車椅子１の惰走を抑えて俊敏性を向上させることが可能となっている。

　また、コントローラー８０Ｌ、８０Ｒは、ハンドリム１３Ｌ、１３Ｒに加えられていたトルクが消失した時点以後にブレーキモードを実行して、ハンドリム１３Ｌ、１３Ｒに加えられていたトルクが消失した時点以後における車輪２１Ｌ、２１Ｒの回転を減速させる。かかる構成では、ユーザーがハンドリム１３Ｌ、１３Ｒを放すと、ブレーキトルクによって車輪２１Ｌ、２１Ｒの回転を速やかに減速させることができる。その結果、車椅子１の惰走を抑えて俊敏性を向上させることが可能となっている。

　また、ハンドリム１３Ｌ、１３Ｒに加えられるトルクを検出するトルクセンサー４Ｌ、４Ｒが設けられ、コントローラー８０Ｌ、８０Ｒは、トルクセンサー４Ｌ、４Ｒによりハンドリム１３Ｌ、１３Ｒに加えられていたトルクの消失を検出してからブレーキモードを実行する。かかる構成では、ユーザーがハンドリム１３Ｌ、１３Ｒを放して、ハンドリム１３Ｌ、１３Ｒに加えられたトルクの消失をトルクセンサー４Ｌ、４Ｒが検出すると、ブレーキトルクによって車輪２１Ｌ、２１Ｒの回転が速やかに減速する。その結果、車椅子１の惰走を抑えて俊敏性を向上させることが可能となっている。

　また、コントローラー８０Ｌ、８０Ｒは、２個の車輪２１Ｌ、２１Ｒに応じて設けられた２個のハンドリム１３Ｌ、１３Ｒの両方へ加えられていたトルクが消失した時点以後にブレーキモードを各車輪２１Ｌ、２１Ｒに対して実行する。かかる構成では、２個の車輪２１Ｌ、２１Ｒのうち少なくとも一方をユーザーが操作している間は、いずれの車輪２１Ｌ、２１Ｒにもブレーキトルクは加えられない。したがって、ユーザーの操作中に車輪２１Ｌ、２１Ｒにブレーキトルクを加えることでユーザーの操作感覚が損なわれるのを抑制できる。

　また、コントローラー８０Ｌ、８０Ｒは、ハンドリム１３Ｌ、１３Ｒに加えられていたトルクが消失した後の経過時間ｔに伴ってブレーキトルクを増加させる時間依存変換規則Ｒｔに基づき決定したブレーキトルクを、ブレーキモードにおいて車輪２１Ｌ、２１Ｒに加える。かかる構成では、衝撃の発生を抑えて車椅子１の滑らかな停止を実現できる。

　また、コントローラー８０Ｌ、８０Ｒは、車輪２１Ｌ、２１Ｒの回転速度Ｖの増大に応じてブレーキトルクを増大させる速度依存変換規則Ｒｓに基づき決定したブレーキトルクを、ブレーキモードにおいて車輪２１Ｌ、２１Ｒに加える。かかる構成では、回転速度Ｖが速いときは大きな基準電流値Ｉｓｏに基づき大きな補助電流値Ｉｓが出力され、回転速度Ｖが遅いときは小さな基準電流値Ｉｓｏに基づき小さな補助電流値Ｉｓが出力される。したがって、ユーザーは、車輪２１Ｌ、２１Ｒの回転速度Ｖによらず同様の感覚で車椅子１を停止させることができる。

　また、コントローラー８０Ｌ、８０Ｒは、は、ブレーキモードにおいて、ブレーキトルクの車輪２１Ｌ、２１Ｒへの印加が開始した時点からの時間の経過に伴ってブレーキトルクを増大させる。かかる構成では、ブレーキトルクの車輪２１Ｌ、２１Ｒへの印加時に生じる衝撃を和らげてユーザーの快適な乗り心地を実現しつつも、ブレーキトルクによって車輪２１Ｌ、２１Ｒの回転を速やかに減速させて、車椅子１の惰走を抑えて俊敏性を向上させることも可能となる。

　また、コントローラー８０Ｌ、８０Ｒは、ブレーキモードにおいて、車輪２１Ｌ、２１Ｒの回転速度Ｖの減少に伴ってブレーキトルクを減少させる。かかる構成では、車輪２１Ｌ、２１Ｒの回転の停止時に生じる衝撃を和らげてユーザーの快適な乗り心地を実現しつつも、ブレーキトルクによって車輪２１Ｌ、２１Ｒの回転を速やかに減速させて、車椅子１の惰走を抑えて俊敏性を向上させることも可能となる。

　また、コントローラー８０Ｌ、８０Ｒは、ブレーキモードにおいて、車輪２１Ｌ、２１Ｒの回転が停止する時点以前にブレーキトルクをゼロにする。かかる構成では、車輪２１Ｌ、２１Ｒの回転が停止した際にブレーキトルクが残存することで車輪２１Ｌ、２１Ｒが再び動き出すことが無い。

　また、補助動力を車輪２１Ｌ、２１Ｒに加える駆動モーター１５Ｌ、１５Ｒが設けられており、コントローラー８０Ｌ、８０Ｒは、駆動モーター１５Ｌ、１５Ｒにブレーキトルクを発生させることでブレーキモードを実行する。かかる構成は、車輪２１Ｌ、２１Ｒへの補助動力の印加とブレーキトルクの印加を同じ駆動モーター１５Ｌ、１５Ｒで実行しており、合理的である。

　このように本実施形態では、車椅子１が本発明の「補助動力付き電動車椅子」の一例に相当し、ハンドリム１３Ｌ、１３Ｒが本発明の「ハンドリム」の一例に相当し、車輪２１Ｌ、２１Ｒが本発明の「車輪」の一例に相当し、制御装置８、特に制御装置８のうちのコントローラー８０Ｌ、８０Ｒ、トルクセンサー４Ｌ、４Ｒおよび駆動モーター１５Ｌ、１５Ｒが本発明の「駆動制御部」の一例に相当し、トルクセンサー４Ｌ、４Ｒが本発明の「トルクセンサー」の一例に相当し、駆動モーター１５Ｌ、１５Ｒが本発明の「モーター」の一例に相当し、時間依存変換規則Ｒｔが本発明の「第１変換規則」の一例に相当し、速度依存変換規則Ｒｓが本発明の「第２変換規則」の一例に相当する。

　なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上述の図８に示すブレーキモードの実行中において、車輪２１Ｌの回転が停止する前に、ユーザーがハンドリム１３Ｌ、１３Ｒにトルクを加える場合もある。そこで、ブレーキモードの実行中にハンドリム１３Ｌ、１３Ｒのいずれかへのトルクの印加が検出されると、図８のブレーキモードを中止して、図７の車輪駆動制御のステップＳ１１に戻るように構成しても良い。

　また、車輪駆動制御におけるブレーキモードの実行の可否を、ユーザーＩ／Ｆ８７を介してユーザーが制御装置８に設定できるように構成しても良い。かかる構成では、車輪駆動制御においてブレーキモードを実行しないとユーザーが設定すると、例えば図９の「ブレーキモード無し」の欄に示した制御が実行される。一方、車輪駆動制御においてブレーキモードを実行するとユーザーが設定すると、例えば図９の「ブレーキモード有り」の欄に示した制御が実行される。

　また、時間依存変換規則Ｒｔや速度依存変換規則Ｒｓの具体的な内容についても適宜変更可能である。また、時間依存変換規則Ｒｔおよび速度依存変換規則Ｒｓの少なくとも一方による制御を省略しても構わない。

　また、ハンドリム１３Ｌ、１３Ｒの両方への印加トルクの消失をトリガーとしてブレーキモードを実行していた。しかしながら、ブレーキモードを実行するためのトリガーはこれに限られない。そこで、例えば、ハンドリム１３Ｌ、１３Ｒの両方への印加トルクの絶対値がゼロより大きい閾値未満となったことをトリガーにブレーキモードを実行しても良い。

　また、駆動モーター１５Ｌ、１５Ｒを制動装置として機能させることで、駆動モーター１５Ｌ、１５Ｒにより車輪２１Ｌ、２１Ｒにブレーキトルクを加えていたが、例えばディスクブレーキ等の他の種類の制動装置により車輪２１Ｌ、２１Ｒにブレーキトルクを加えるように車椅子１を構成することもできる。

　以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、本発明では例えば次のように構成することができる。

　つまり、駆動制御部は、ハンドリムに加えられていたトルクが消失した時点以後にブレーキモードを実行して、ハンドリムに加えられていたトルクが消失した時点以後における車輪の回転を減速させるように、補助動力付き電動車椅子を構成しても良い。かかる構成では、ユーザーがハンドリムを放すと、ブレーキトルクによって車輪の回転を速やかに減速させることができる。その結果、補助動力付き電動車椅子の惰走を抑えて俊敏性を向上させることが可能となっている。ここで、「時点以後」とは、当該時点および当該時点より後のタイミングを示す。

　また、駆動制御部は、ハンドリムに加えられるトルクを検出するトルクセンサーを有し、トルクセンサーによりハンドリムに加えられていたトルクの消失を検出してからブレーキモードを実行するように、補助動力付き電動車椅子を構成しても良い。かかる構成では、ユーザーがハンドリムを放して、ハンドリムに加えられたトルクの消失をトルクセンサーが検出すると、ブレーキトルクによって車輪の回転を速やかに減速する。その結果、補助動力付き電動車椅子の惰走を抑えて俊敏性を向上させることが可能となっている。

　また、２個の車輪に応じて設けられた２個のハンドリムの両方へ加えられていたトルクが消失した時点以後にブレーキモードを各車輪に対して実行するように、補助動力付き電動車椅子を構成しても良い。かかる構成では、２個の車輪のうち少なくとも一方をユーザーが操作している間は、いずれの車輪にもブレーキトルクは加えられない。したがって、ユーザーの操作中に車輪にブレーキトルクを加えることでユーザーの操作感覚が損なわれるのを抑制できる。

　また、駆動制御部は、ハンドリムに加えられていたトルクが消失した後の時間の経過に伴ってブレーキトルクを増加させる第１変換規則に基づき決定したブレーキトルクを、ブレーキモードにおいて車輪に加えるように、補助動力付き電動車椅子を構成しても良い。かかる構成では、衝撃の発生を抑えて電動車椅子の滑らかな停止を実現できる。

　また、駆動制御部は、車輪の速度の増大に応じてブレーキトルクを増大させる第２変換規則に基づき決定したブレーキトルクを、ブレーキモードにおいて車輪に加えるように、補助動力付き電動車椅子を構成しても良い。かかる構成では、ユーザーは、車輪の速度によらず同様の感覚で電動車椅子を停止させることができる。

　また、駆動制御部は、ブレーキモードにおいて、ブレーキトルクの車輪への印加が開始した時点から時間の経過に伴ってブレーキトルクを増大させるように、補助動力付き電動車椅子を構成しても良い。かかる構成では、ブレーキトルクの車輪への印加時に生じる衝撃を和らげてユーザーの快適な乗り心地を実現しつつも、ブレーキトルクによって車輪の回転を速やかに減速させて、補助動力付き電動車椅子の惰走を抑えて俊敏性を向上させることも可能となる。

　また、駆動制御部は、ブレーキモードにおいて、車輪の回転速度の減少に伴ってブレーキトルクを減少させるように、補助動力付き電動車椅子を構成しても良い。かかる構成では、車輪の回転の停止時に生じる衝撃を和らげてユーザーの快適な乗り心地を実現しつつも、ブレーキトルクによって車輪の回転を速やかに減速させて、補助動力付き電動車椅子の惰走を抑えて俊敏性を向上させることも可能となる。

　また、駆動制御部は、ブレーキモードにおいて、車輪の回転が停止する時点以前にブレーキトルクをゼロにするように、補助動力付き電動車椅子を構成しても良い。かかる構成では、車輪の回転が停止した際にブレーキトルクが残存することで車輪が再び動き出すことが無い。ここで、「時点以前」とは、当該時点および当該時点より前のタイミングを示す。

　また、駆動制御部は、補助動力を車輪に加えるモーターを有し、ブレーキモードではモーターにブレーキトルクを発生させる補助動力付き電動車椅子を構成しても良い。かかる構成は、車輪への補助動力の印加とブレーキトルクの印加を同じモーターで実行しており、合理的である。

　この発明は、ハンドリムに加えられたトルクに応じた補助動力を車輪に加える電動車椅子の全般に適用可能である。

　１…車椅子
　１３Ｌ、１３Ｒ…ハンドリム
　１５Ｌ、１５Ｒ…駆動モーター
　２１Ｌ、２１Ｒ…車輪
　４Ｌ、４Ｒ…トルクセンサー
　８…制御装置
　８０Ｌ、８０Ｒ…コントローラー
　Ｒｔ…時間依存変換規則
　Ｒｓ…速度依存変換規則

Claims (11)

1. 　ハンドリムと、
   　前記ハンドリムに加えられたトルクを受けて回転する車輪と、
   　前記ハンドリムに加えられたトルクに応じた補助動力を前記車輪に加える駆動制御部と
   を備え、
   　前記駆動制御部は、前記車輪の回転方向の逆方向に働くブレーキトルクを前記車輪に加えるブレーキモードを実行することで、前記ハンドリムに加えられたトルクが無い状態で回転する前記車輪の回転を減速させる補助動力付き電動車椅子。
2. 　前記駆動制御部は、前記ハンドリムに加えられていたトルクが消失した時点以後に前記ブレーキモードを実行して、前記ハンドリムに加えられていたトルクが消失した時点以後における前記車輪の回転を減速させる請求項１に記載の補助動力付き電動車椅子。
3. 　前記駆動制御部は、前記ハンドリムに加えられるトルクを検出するトルクセンサーを有し、前記トルクセンサーにより前記ハンドリムに加えられていたトルクの消失を検出してから前記ブレーキモードを実行する請求項２に記載の補助動力付き電動車椅子。
4. 　２個の前記車輪に応じて設けられた２個の前記ハンドリムの両方へ加えられていたトルクが消失した時点以後に前記ブレーキモードを前記各車輪に対して実行する請求項２または３に記載の補助動力付き電動車椅子。
5. 　前記駆動制御部は、前記ハンドリムに加えられていたトルクが消失した後の時間の経過に伴って前記ブレーキトルクを増加させる第１変換規則に基づき決定した前記ブレーキトルクを、前記ブレーキモードにおいて前記車輪に加える請求項１ないし４のいずれか一項に記載の補助動力付き電動車椅子。
6. 　前記駆動制御部は、前記車輪の速度の増大に応じて前記ブレーキトルクを増大させる第２変換規則に基づき決定した前記ブレーキトルクを、前記ブレーキモードにおいて前記車輪に加える請求項１ないし５のいずれか一項に記載の補助動力付き電動車椅子。
7. 　前記駆動制御部は、前記ブレーキモードにおいて、前記ブレーキトルクの前記車輪への印加が開始した時点から時間の経過に伴って前記ブレーキトルクを増大させる請求項１ないし６のいずれか一項に記載の補助動力付き電動車椅子。
8. 　前記駆動制御部は、前記ブレーキモードにおいて、前記車輪の回転速度の減少に伴って前記ブレーキトルクを減少させる請求項１ないし７のいずれか一項に記載の補助動力付き電動車椅子。
9. 　前記駆動制御部は、前記ブレーキモードにおいて、前記車輪の回転が停止する時点以前に前記ブレーキトルクをゼロにする請求項８に記載の補助動力付き電動車椅子。
10. 　前記駆動制御部は、前記補助動力を前記車輪に加えるモーターを有し、前記ブレーキモードでは前記モーターに前記ブレーキトルクを発生させる請求項１ないし９のいずれか一項に記載の補助動力付き電動車椅子。
11. 　ハンドリムと、前記ハンドリムに加えられたトルクを受けて回転する車輪とを備える補助動力付き電動車椅子の前記ハンドリムに加えられたトルクに応じた補助動力を前記車輪に加える工程と、
    　前記車輪の回転方向の逆方向に働くブレーキトルクを前記車輪に加えるブレーキモードを実行することで、前記ハンドリムに加えられたトルクが無い状態で回転する前記車輪の回転を減速させる工程と
    を備える補助動力付き電動車椅子の制御方法。

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