JP2016002182A - 手動車両の電動化ユニット、手動車両の電動化ユニットの制御方法、電動車いす及び電動車いすの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】段差の踏破が容易な手動車両の電動化ユニット、手動車両の電動化ユニットの制御方法、電動車いす及び電動車いすの制御方法を提供すること。【解決手段】手動車両の電動化ユニット２は、後輪１３と、前輪１４と、取付部２１１と、を有する手動車両（手動車いす１）の、取付部２１１に取り付け可能な本体部２００と、本体部２００に設けられ、後輪１３よりも手動車両（手動車いす１）の後方に設けられた駆動輪２１と、を備え、本体部２００は、手動車両（手動車いす１）の直進方向における後輪１３と駆動輪２１との間の距離を変更して、駆動輪２１の駆動力によって取付部２１１に力を加える。【選択図】図５

Description

本発明は、手動車両の電動化ユニット、手動車両の電動化ユニットの制御方法、電動車いす及び電動車いすの制御方法に関する。

昨今の高齢化社会への変化に伴い、移動支援装置の需要はますます増加すると予想されている。特に、電動車いすは、これまでのように障害者のみならず、高齢者もユーザーとして含まれてきており、そのニーズが拡大、多様化してきている。代表的なものとしてハンドル型電動車いす（いわゆるシニアカー）やジョイスティック型電動車いすなどが挙げられる。これらの電動車いすは、手動車いすに比べて小径の４つの車輪を有し、その内の２つの車輪を電気モータによる駆動輪としている。一般に電動車いすは、装置自体の重量が大きいため、自走以外の方法での運搬が容易ではない。

一方、電動で移動可能でありながら、比較的軽量で、運搬に便利である種類の車いすが最近注目され、その市場も拡大してきている。このような車いすは、手動車いすをベースとして、電動化ユニットを装着したタイプのもので、簡易電動車いすと呼ばれる（例えば、特許文献１〜特許文献５参照）。

簡易電動車いすの長所は、電動車いすとして設計、製造されたものより軽量・簡便であり、総合的に安価になる場合が多いことである。また、電動車いすのように座いすの下に大型の蓄電池を積んでおらず、モータも小型化されているので従来の手動車いす同様折りたたみが可能となっている。このため、車いすを自動車の屋根上に積載するシステムを用いることで、障害者自身でも楽に車いすを自動車に積み込むことが可能である。

簡易電動車いすは、大容量の蓄電池を搭載していないので、一充電あたりの移動距離は、電動車いすに比較して短い。しかしながら、手動車いすの構造を基本としていることから、電動での移動ができない場合には、手こぎによる移動が可能であるということも大きな特徴である。

市販されている簡易電動車いすの多くは、手動車いすの駆動輪（ハンドトリムのついた大径の車輪）をモータが付属する電動車輪ユニットに交換するものが主流である（例えば、非特許文献１、２参照）。このような簡易電動車いすは、両輪に取り付けられた２つの電気モータを制御する際、負荷の片寄りやモータ特性の微妙な差異が車いすの直進性などの挙動に影響するために、調整や制御などに潜在的な困難さを含んでいると考えられる。また、車輪径が大きいために、電動ユニットのモータは低速・高トルクに対応するために、大型化する傾向にある。

特開平９−１２２１８４号公報 特開２００３−１９１６５号公報 特開２００９−２８４９４４号公報 特開２０１１−１１０４０４号公報 特開２００９−２７９１１８号公報

株式会社今仙技術研究所ホームページ、手動兼用型（車いす電動化ユニット）ＤＰ−４５／６０デイリーパル、［平成２４年８月３０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｍａｓｅｎｇｉｋｅｎ．ｃｏ．ｊｐ／ｅｍｃ／ｄａｉｌｙｐａｌ．ｈｔｍｌ＞ ヤマハ発動機株式会社ホームページ、車イス電動ユニットＪＷＸ−１、［平成２４年８月３０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｙａｍａｈａ−ｍｏｔｏｒ．ｊｐ／ｗｈｅｅｌｃｈａｉｒ／ｕｎｉｔ／ｊｗｘ１／＞

一般的に、車いすの前輪は後輪よりも直径が小さい。このため、段差を踏破するためには、大きな推進力を発生させて踏破したり、手動操作でウィリー動作を行ったりするなどの、難しい操作が要求されていた。

本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものである。本発明のいくつかの態様によれば、段差の踏破が容易な手動車両の電動化ユニット、手動車両の電動化ユニットの制御方法、電動車いす及び電動車いすの制御方法を提供することができる。

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例に係る手動車両の電動化ユニットは、
後輪と、前輪と、取付部と、を有する手動車両の、前記取付部に取り付け可能な本体部と、
前記本体部に設けられ、前記後輪よりも前記手動車両の後方に設けられた駆動輪と、
を備え、
前記本体部は、
前記手動車両の直進方向における前記後輪と前記駆動輪との間の距離を変更して、前記駆動輪の駆動力によって前記取付部に力を加える、手動車両の電動化ユニットである。

本適用例によれば、手動車両の直進方向における後輪と駆動輪との距離を変更して、駆動輪の駆動力によって取付部に力を加えることで、後輪と床面との接点付近を回転軸とする回転運動が生じるので、前輪を持ち上げるウィリー動作が容易となる。また、重心を後方に移動させることができるので、後輪と駆動輪とで手動車両を安定して支持できる。したがって、段差の踏破が容易な手動車両の電動化ユニットを実現できる。

［適用例２］
上述の手動車両の電動化ユニットにおいて、
前記本体部は、アームを有し、
前記アームの一端側は前記取付部に接続され、他端側に前記駆動輪が設けられていてもよい。

本適用例によれば、駆動輪の駆動力によって取付部に力を加えることが容易となる。したがって、段差の踏破が容易な手動車両の電動化ユニットを実現できる。

［適用例３］
上述の手動車両の電動化ユニットにおいて、
前記取付部は、前記後輪の車軸よりも高い位置に設けられてもよい。

本適用例によれば、駆動輪の駆動力が小さい場合においても、駆動輪の駆動力によって取付部に力を加えることが容易となる。したがって、段差の踏破が容易な手動車両の電動化ユニットを実現できる。

［適用例４］
上述の手動車両の電動化ユニットにおいて、
前記後輪を制動させる制動部をさらに備え、
前記本体部は、前記制動部が前記後輪を制動させている状態で、前記後輪と前記駆動輪との距離を変更してもよい。

本適用例によれば、後輪を制動させることによって、駆動輪の駆動力によって取付部に力を加えることが容易となる。したがって、段差の踏破が容易な手動車両の電動化ユニットを実現できる。

［適用例５］
上述の手動車両の電動化ユニットにおいて、
前記駆動輪を前記本体部に接続する脚部を有し、
前記脚部は、前記本体部に対して旋回軸心の周りに回転可能に取り付けられ、
前記駆動輪は、前記旋回軸心に対して所定の離間距離を隔てて配置された駆動軸心を有し、前記脚部に対し該駆動軸心の周りに回転自在に取り付けられ、
前記駆動輪を前記脚部に対して回転させる第１の電気モータと、
前記脚部を前記本体部に対して回転させる第２の電気モータと、
前記手動車両の走行を操作する操作部と、
前記操作部の操作によって出力された信号に基づいて前記第１の電気モータと前記第２の電気モータとを駆動させる制御部と、
をさらに備え、
前記手動車両は、前記後輪として、同一回転軸心線上に配置された２つの車輪を少なくとも有し、
前記制御部は、電動化ユニットを前記手動車両に取り付けた際に、前記操作部から出力された信号を前記手動車両の直進速度Ｖの指令値及び旋回速度Ωの指令値として入力し、下記式（１）に基づいて前記駆動輪の前記駆動軸心における第１の角速度ωｗ及び前記脚部の前記旋回軸心における第２の角速度ωｓを算出し、前記第１の角速度ωｗを出力して前記第１の電気モータを駆動し、前記第２の角速度ωｓを出力して前記第２の電気モータを駆動してもよい。

（ここで、ｒは前記駆動輪の半径、ｓは前記離間距離である。また、２つの前記車輪の回転軸心線をＹ軸、該Ｙ軸上の２つの前記車輪間の中点を原点として該Ｙ軸に垂直な仮想直線をＸ軸とした手動車両座標系を水平面内に設定したとき、φはＸ軸（前記手動車両の直進方向）に対する前記駆動輪の進行方向のなす角度、ｘ、ｙは手動車両座標系における前記旋回軸心の位置であり、ｘは０でない。）

本適用例によれば、手動車両に全方向移動機構を含む電動化ユニットを組込むことによって、手動車両と同じ動作を電気モータによって生成することができる。そのため、従来の手動車両の利用者であっても、違和感なく本適用例に係る電動化ユニットが取り付けられた手動車両を電動で操作することができる。

［適用例６］
本適用例に係る手動車両の電動化ユニットの制御方法は、
後輪と、前輪と、取付部と、を有する手動車両の、前記取付部に取り付け可能な本体部と、
前記本体部に設けられ、前記後輪よりも前記手動車両の後方に設けられた駆動輪と、
を備えた電動化ユニットを前記手動車両に取り付けた際に、
前記後輪を制動させ、
前記手動車両の直進方向における前記後輪と前記駆動輪との間の距離を変更して、前記駆動輪の駆動力によって前記取付部に力を加える、手動車両の電動化ユニットの制御方法である。

本適用例によれば、手動車両の直進方向における後輪と駆動輪との距離を変更して、駆動輪の駆動力によって取付部に力を加えることで、後輪と床面との接点付近を回転軸とする回転運動が生じるので、前輪を持ち上げるウィリー動作が容易となる。また、重心を後方に移動させることができるので、後輪と駆動輪とで手動車両を安定して支持できる。したがって、段差の踏破が容易な手動車両の電動化ユニットの制御方法を実現できる。

［適用例７］
本適用例に係る電動車いすは、
座部と、
前記座部を固定するフレームと、
前記フレームに設けられた後輪と、
前記フレームに設けられた前輪と、
前記フレームの取付部に一端側が接続されたアームと、
前記アームの他端側に接続され、前記後輪よりも後方に設けられた駆動輪と、
を備え、
前記アームは、
直進方向における前記後輪と前記駆動輪との間の距離を変更して、前記駆動輪の駆動力によって前記取付部に力を加える、電動車いすである。

本適用例によれば、電動車いすの直進方向における後輪と駆動輪との距離を変更して、駆動輪の駆動力によって取付部に力を加えることで、後輪と床面との接点付近を回転軸とする回転運動が生じるので、前輪を持ち上げるウィリー動作が容易となる。また、重心を後方に移動させることができるので、後輪と駆動輪とで電動車いすを安定して支持できる。したがって、段差の踏破が容易な電動車いすを実現できる。

［適用例８］
本適用例に係る電動車いすの制御方法は、
座部と、
前記座部を固定するフレームと、
前記フレームに設けられた後輪と、
前記フレームに設けられた前輪と、
前記フレームの取付部に一端側が接続されたアームと、
前記アームの他端側に接続され、前記後輪よりも後方に設けられた駆動輪と、
を備えた電動車いすに対して、
前記後輪を制動させ、
直進方向における前記後輪と前記駆動輪との間の距離を変更して、前記駆動輪の駆動力によって前記取付部に力を加える、電動車いすの制御方法である。

本適用例によれば、電動車いすの直進方向における後輪と駆動輪との距離を変更して、駆動輪の駆動力によって取付部に力を加えることで、後輪と床面との接点付近を回転軸とする回転運動が生じるので、前輪を持ち上げるウィリー動作が容易となる。また、重心を後方に移動させることができるので、後輪と駆動輪とで電動車いすを安定して支持できる。また、後輪を制動させることによって、電駆動輪の駆動力によって取付部に力を加えることが容易となる。したがって、段差の踏破が容易な電動車いすの制御方法を実現できる。

本実施形態に係る電動車いすの側面図である。 本実施形態に係る電動車いすを模式的に示す概略平面図である。 電動化ユニットを説明するためのブロック図である。 本実施形態に係る電動車いすの動作例を示すフローチャートである。 図５（Ａ）〜図５（Ｄ）は、本実施形態に係る電動車いすの動作例を示す模式図である。 電動化ユニットに用いる全方向移動機構を模式的に示す縦断面図である。 電動化ユニットに用いる全方向移動機構を模式的に示す縦断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。用いる図面は説明の便宜上のものである。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．手動車両の電動化ユニット及び電動車いすの全体構成
図１は、本実施形態に係る電動車いす１００の側面図である。図２は、本実施形態に係る電動車いす１００を模式的に示す概略平面図である。図３は、電動化ユニット２を説明するためのブロック図である。

以下では、手動車両として、手動車いすを例に取り説明する。手動車両としては、これに限らず、台車やショッピングカートなど、種々の公知の手動車両を採用できる。

図３及び図４に示すように、電動車いす１００は、同一回転軸心線上に配置された２つの車輪を少なくとも有する手動車両の一例である手動車いす１と、手動車いす１に取り付けられた電動化ユニット２と、を含む。電動化ユニット２を市販の手動車いす１に取り付けていわゆる簡易電動車いすとすることができ、手動車いす１と電動化ユニット２をあらかじめ一体化した電動車いすとすることもできる。また、手動車いす１と電動化ユニット２との接続部分を容易に着脱可能な構造とすることもできる。

手動車いす１は、座部１６ａと、座部１６ａを固定するフレーム１２と、座部１６ａを挟んでフレーム１２に同一の回転軸心線Ｐ’上で回転自在に取り付けられた２つの手動用の後輪１３と、を含む。より詳細には、手動車いす１は、折り畳み可能な手動車いすであり、左右両側にほぼ対称形状のフレーム１２が配設されている。このフレーム１２は金属製のパイプなどを折り曲げたり、溶接したりすることによって形成されている。このフレーム１２は、車輪軸心Ｐを中心に手動用の後輪１３を回動自在に支持する車輪支持フレー
ム１２ａと、座部１６ａを支持する座部支持フレーム１２ｂと、を有する。車輪軸心Ｐは、同一の仮想線である回転軸心線Ｐ’上にある。フレーム１２は、さらに座部支持フレーム１２ｂの後端から上方に延びる肘掛け支持フレーム１２ｃと、背もたれ部１６ｂを支持する背もたれ部支持フレーム１２ｄと、座部支持フレーム１２ｂの下方でほぼ平行に配置された下部フレーム１２ｅとを有する。座部支持フレーム１２ｂはさらに前方下方へ延出されて、その下端部にステップ１５を支持し、下部フレーム１２ｅは前方下端部にキャスタとして構成されている前輪１４が支持されている。前輪１４の直径は後輪１３の直径よりも小さく構成されている。なお、図１では説明のため、図の手前側の後輪１３を省略して示している。また、ここでは省略しているが、手動用の後輪１３には通常、車いす１を移動・操作するためのハンドトリムが設けられている。

手動車いす１は、車輪径が同じ２つの後輪１３を同じ速度で同じ方向に回転させたとき、直進方向Ｔに前進又は後退することができる。通常、手動車いす１を含む手動車両の２つの後輪１３は、車輪径が同じであって、車輪軸心Ｐにおいて進行方向に対して旋回しないが、左右の車輪を異なる回転数で回転させることで手動車いす１を旋回移動することができる。電動車いす１００は、電動化ユニット２を装着することにより、手動車いす１単体のときと同じ動作を実現することができる。なお、車いすが他の手動車両である場合には、同様に車輪径が同じであって、車輪軸心Ｐにおいて進行方向に対して旋回しない２つの車輪を有することができる。

本実施形態に係る手動車両の電動化ユニット２は、後輪１３と、前輪１４と、取付部２１１と、を有する手動車両（手動車いす１）に取り付け可能な本体部２００と、本体部２００に設けられ、後輪１３よりも手動車両（手動車いす１）の後方に設けられた駆動輪２１と、を備えている。本体部２００は、手動車両（手動車いす１）の直進方向Ｔにおける後輪１３と駆動輪２１との間の距離を変更して、駆動輪２１の駆動力によって取付部２１１に力を加える。本体部２００の動作については、「２．手動車両の電動化ユニット及び電動車いすの制御方法」の項で後述される。

本体部２００は、アーム２１０、回動継手２１２、脚部２１３、フレーム２２０及び伸縮継手２２１を有している。

アーム２１０は、棒状に形成されている。アーム２１０の一端は、取付部２１１を介して肘掛け支持フレーム１２ｃの上部に接続されている。本実施形態においては、取付部２１１は、回動継手として構成されている。本実施形態においては、取付部２１１は、後輪１３の車軸よりも高い位置に設けられている。アーム２１０は、取付部２１１によって、手動車いす１の直進方向Ｔと鉛直方向とで規定される平面の法線方向（手動車いす１の直進方向Ｔ及び鉛直方向に対して垂直な方向）を回転軸として、回動自在に接続されている。アーム２１０の他端は、回動継手２１２を介してフレーム２２０の後方端部と接続されている。アーム２１０は、回動継手２１２によって、手動車いす１の直進方向Ｔと鉛直方向とで規定される平面の法線方向（手動車いす１の直進方向Ｔ及び鉛直方向に対して垂直な方向）を回転軸として、回動自在に接続されている。アーム２１０の他端側には、駆動輪２１が設けられている。

フレーム２２０は、側面から見てＬ字状に形成され、図２に示すように電動車いす１００の左右に一対設けられ、その上部に本体部２００を架け渡して固定している。フレーム２２０は、手動車いす１の直進方向Ｔに所定の範囲内で伸縮する伸縮継手２２１を有している。なお、図２は、主な構成の配置を説明するためにフレーム１２などの構成を省略して示している。

電動化ユニット２は、フレーム１２にフレーム２２０を介して取り付けられた本体部２
００と、本体部２００に対して旋回軸心Ｒの周りに回転可能な脚部２１３と、旋回軸心Ｒに対して所定の離間距離ｓを隔てて配置された駆動軸心Ｑを有し、脚部２１３に対し駆動軸心Ｑの周りに回転自在に配置された駆動輪２１と、駆動輪２１を脚部２１３に対して回転させる第１の電気モータ２５と、脚部２１３を本体部２００に対して回転させる第２の電気モータ３２と、電動車いす１００の走行を操作する操作部２３０と、操作部２３０の操作によって出力された信号に基づいて第１の電気モータ２５と第２の電気モータ３２とを駆動させる制御部２４０と、を有する。

本体部２００には第１の電気モータ２５と第２の電気モータ３２とが配置され、本体部２００の下部には脚部２１３と駆動輪２１が配置されている。第１の電気モータ２５で駆動輪２１を駆動軸心Ｑのまわりに回転駆動し、第２の電気モータ３２で旋回軸心Ｒのまわりに脚部２１３を回転することで、駆動輪２１を操舵することができる全方向移動機構として機能する。なお、全方向移動機構の構成例の詳細は「３．全方向移動機構」の項で後述される。

操作部２３０は、肘掛け支持フレーム１２ｃの先端に配置することができ、利用者が座部１６ａに腰かけた状態で操作することができる。操作部２３０は、操作者の操作によって、電動車いす１００の移動方向と移動速度を決定するための信号を出力する。車いす１００の２つの手動用の後輪１３の回転軸心線Ｐ’をＹ軸、該Ｙ軸上の２つの後輪１３間の中点（後輪１３のトレッドの中点）を原点Ｏとして該Ｙ軸に垂直な仮想直線をＸ軸（すなわち車いす１００の直進方向Ｔである）とした車いす座標系を水平面内に設定したとき、操作部２３０におけるＸａ方向とＹａ方向は車いす座標系のＸ軸とＹ軸に平行である。操作者は、操作部２３０の例えばＸａ方向への操作によって電動車いす１００の直進速度Ｖの指令値とすることができ、Ｘａ−Ｙａ座標系における位置操作によって電動車いす１００の旋回速度Ωの指令値とすることができる。なお、手動車いすが他の手動車両である場合には、車いす座標系は手動車両座標系として説明することができる。

操作部２３０は、電動車いす１００の直進速度Ｖの指令値及び旋回速度Ωの指令値となる信号を制御部２４０に出力することができる公知の手段であるトラックボール、ホイール、ジョイスティックなどを採用することができ、特に、電動車いすに一般的に用いられるジョイスティックを採用することができる。ジョイスティックは、利用者の操作によるジョイスティックの傾き方向及び傾き度合い（角度）に応じて、それぞれ電動車いすの移動方向及び移動速度を決定することができる。例えば、ジョイスティックの前後方向（図２のＸａ方向）の傾斜は電動車いす１００の直進速度Ｖの指令値とすることができ、ジョイスティックの左右方向（図２のＹａ方向）の傾斜は電動車いす１００の旋回速度Ωの指令値とすることができる。

図３に示すように、制御部２４０は、ＣＰＵ（中央処理装置）などにより成り、操作部２３０から出力された信号を電動車いす１００の直進速度Ｖの指令値及び旋回速度Ωの指令値として入力する入力部と、「３．全方向移動機構」の項で後述される式（１）に基づいて駆動輪２１の駆動軸心Ｑにおける第１の角速度ωｗ及び脚部２１３の旋回軸心Ｒにおける第２の角速度ωｓを算出する計算部２４４と、第１の角速度ωｗと第２の角速度ωｓを第１の電気モータ２５と第２の電気モータ３２へ出力する出力部２４６と、を有する。

制御部２４０には、図示しないデータ記憶部を含むことができる。データ記憶部には、電動車いす１００を移動させるための所定の駆動制御データとして、例えば、「３．全方向移動機構」の項で後述される式（１）の情報が保存され、計算部２４４の要求により読みだすことができる。データ記憶部としては、例えば、磁気ディスクの記録媒体、半導体記憶メモリなどを用いることができる。

電動化ユニット２は、後輪１３を制動させる制動部２５０を備えている。制動部２５０は、後輪１３に対するブレーキとして構成されている。制動部２５０は、制御部２４０によって制御されてもよいし、手動操作によって制御されてもよい。

２．手動車両の電動化ユニット及び電動車いすの制御方法
図４は、本実施形態に係る電動車いす１００の動作例を示すフローチャートである。図５（Ａ）〜図５（Ｄ）は、本実施形態に係る電動車いす１００の動作例を示す模式図である。

まず、電動車いす１００は、段差の手前で後輪１３を制動させる（ステップＳ１００、図５（Ａ））。本実施形態においては、制御部２４０からの制御信号に基づいて、制動部２５０が後輪１３を制動させる。なお、図５の各図において、制動部２５０が後輪１３を制動させている状態を白抜きの「×」で表している。

ステップＳ１００の後に、電動車いす１００は、後輪１３と駆動輪２１との間の距離を変更して、駆動輪２１の駆動力によって取付部２１１に力を加える（ステップＳ１０２、図５（Ｂ））。より具体的には、制御部２４０からの制御信号に基づいて、第１の電気モータ２５を駆動することによって、駆動輪２１を後方に駆動する。これによって、アーム２１０を介して駆動輪２１の駆動力に基づく力を取付部２１１に加えることができる。本実施形態においては、取付部２１１に加えられる力の向きは、水平よりも下方に向かう向きである。これによって、後輪１３と床面との接点付近を回転軸とする回転運動が生じるので、電動車いす１００は、前輪１４を持ち上げる動作であるウィリー動作を行うことができる。また、重心を後方に移動させることができるので、後輪１３と駆動輪２１とで電動車いす１００を安定して支持できる。

ステップＳ１０２の後に、電動車いす１００は、前進走行を行う（ステップＳ１０４、図５（Ｃ））。より具体的には、制御部２４０からの制御信号に基づいて、制動部２５０による後輪１３に対する制動を解除した後に、第１の電気モータ２５を駆動することによって、駆動輪２１を前方に駆動する。これによって、電動車いす１００は、前輪１４が段差の上段の上方となる位置まで移動する。

ステップＳ１０４の後に、後輪１３と駆動輪２１との間の距離を元に戻す（ステップＳ１０６、図５（Ｄ））。より具体的には、制御部２４０からの制御信号に基づいて、制動部２５０によって後輪１３を制動した後に、第１の電気モータ２５を駆動することによって、駆動輪２１を前方に駆動する。これによって、電動車いす１００は、ウィリー動作から通常動作へと戻る。

本実施形態に係る電動車いす１００及び電動化ユニット２によれば、手動車両（手動車いす１）又は電動車いす１００の直進方向Ｔにおける後輪１３と駆動輪２１との距離を変更して、駆動輪２１の駆動力によって取付部２１１に力を加えることで、後輪１３と床面との接点付近を回転軸とする回転運動が生じるので、前輪１４を持ち上げるウィリー動作が容易となる。また、重心を後方に移動させることができるので、後輪１３と駆動輪２１とで手動車両（手動車いす１）又は電動車いす１００を安定して支持できる。したがって、段差の踏破が容易な電動車いす１００及び電動化ユニット２を実現できる。

また、本実施形態に係る電動車いす１００及び電動化ユニット２によれば、アーム２１０の一端側は取付部２１１に接続され、他端側に駆動輪２１が設けられている、駆動輪２１の駆動力によって取付部２１１に力を加えることが容易となる。したがって、段差の踏破が容易な電動車いす１００及び電動化ユニット２を実現できる。

また、本実施形態に係る電動車いす１００及び電動化ユニット２によれば、取付部２１１は、後輪１３の車軸よりも高い位置に設けられているので、駆動輪２１の駆動力（第１の電気モータ２５の駆動力）が小さい場合においても、駆動輪２１の駆動力によって取付部２１１に力を加えることが容易となる。したがって、段差の踏破が容易な電動車いす１００及び電動化ユニット２を実現できる。

また、本実施形態に係る電動車いす１００及び電動化ユニット２によれば、制動部２５０が後輪１３を制動させている状態で、後輪１３と駆動輪２１との距離を変更するので、駆動輪２１の駆動力によって取付部２１１に力を加えることが容易となる。したがって、段差の踏破が容易な電動車いす１００及び電動化ユニット２を実現できる。

３．全方向移動機構
次に、本実施形態に用いることができる全方向移動機構（アクティブキャスタとも呼ばれる）の概要について説明する。なお、全方向移動機構は公知の構造を採用することができ、ここで説明する全方向移動機構はその一例に過ぎない。また、図１に示される構造とは若干相違するものの、原理や動作は同様である。図６は、電動化ユニット２に用いる全方向移動機構を模式的に示す縦断面図である。図７は、電動化ユニット２に用いる全方向移動機構を模式的に示す縦断面図である。ここで、図６は全方向移動機構の駆動輪２１を正面（進行方向）からみた縦断面図であり、図７は全方向移動機構の駆動輪２１を側面からみた縦断面図である。

本実施形態で用いることができる全方向移動機構（アクティブキャスタ）は、受動的に動作するキャスタ（事務用いすに用いられるようなキャスタ）と同様な車輪配置であり、すなわち、旋回軸と車輪軸が交差しない車輪配置を有することができる。このような全方向移動機構は、例えば、キャスタの車輪軸と旋回軸（操舵軸）をそれぞれ独立したアクチュエータで駆動することで、移動体の駆動輪として用いることのできる車輪機構である。全方向移動機構は、車輪軸と操舵軸の回転を協調制御することで、水平面内のあらゆる方向への速度ベクトルを操舵軸中心に発生させることが可能である。よって、車輪の向きによらず、様々な方向に即座に移動ができることから、一輪であっても非常に柔軟な動きが生成できるという特徴がある。

駆動輪２１は、操舵輪をかねており、駆動輪２１を支持固定する車軸２２により、操舵軸である駆動軸心Ｑの周りに脚部２１３に対し回転自在に支持されている。なお、駆動輪２１には、空気圧式タイヤを装着することができる。車軸２２は減速機２４を介して、電気モータである第１の電気モータ２５に接続されている。第１の電気モータ２５の他端にはエンコーダ２６が接続されて駆動輪２１の回転角度が検出される。第１の電気モータ２５を駆動することによって、駆動輪２１は駆動軸心Ｑの周りに回転し、駆動輪２１の転がり方向（図６であれば図の正面方向又は背面方向、図７であれば図の左右方向）に本体部２００を移動することができる。

また、脚部２１３は、その上端が、本体部２００に軸受け２８を介して鉛直方向に延びる旋回軸心Ｒの周りに回動自在にして支持されている。ここで軸受け２８の中心、すなわち脚部２１３の旋回軸心Ｒは、駆動輪２１の接地位置から水平方向に所定の離間距離ｓだけオフセットされた位置とされている。この離間距離ｓは、旋回軸心Ｒと駆動軸心Ｑとの離間距離ｓである。より詳細には、離間距離ｓは、駆動軸心Ｑを含む接地面から鉛直方向に延びる仮想平面と旋回軸心Ｒとの最短距離である。例えば、図１に示すように、旋回軸心Ｒを下方に延伸する仮想の旋回軸心線は駆動輪２１の幅の中心を通る位置に設定することができる。これは、上方から見た場合に、駆動輪２１の幅の中心線の延長線上に旋回軸心Ｒが重なることを示す。

脚部２１３の上面には旋回軸心Ｒと同軸上に歯車２９が取付けられて、本体部２００に支持されている歯車３１と噛合接続される。歯車３１は、電気モータである第２の電気モータ３２の出力軸３３に支持固定されている。第２の電気モータ３２の他端にはエンコーダ３４が接続されて脚部２１３の回転角度すなわち操舵角度が検出される。第２の電気モータ３２を駆動することによって、脚部２１３が旋回軸心Ｒを中心に回転し、旋回軸心Ｒと離間距離ｓだけオフセットされた位置にある駆動輪２１を、離間距離ｓを半径とする円弧上に旋回させることができる。

このように、第１の電気モータ２５で駆動輪２１を回転駆動するとともに第２の電気モータ３２で操舵することで、本体部２００は前後、左右及び旋回が可能であり、この全方向移動機構だけであれば全方向に瞬時に方向転換して移動することが可能である。

このような全方向移動機構を用いる場合の、制御部２４０の動作について説明する。制御部２４０の計算部２４４は、操作部２３０から出力された信号を電動車いす１００の直進速度Ｖの指令値及び旋回速度Ωの指令値と下記式（１）とに基づいて、駆動軸心Ｑにおける第１の角速度ω_ｗ及び脚部２１３の旋回軸心Ｒにおける第２の角速度ω_ｓを算出する。

ここで、ｒは駆動輪２１の半径、ｓは旋回軸心Ｒと駆動軸心Ｑとの離間距離である。より詳細には、離間距離ｓは、駆動軸心Ｑを含み接地面から鉛直方向に延びる仮想平面と旋回軸心Ｒとの最短距離である。また、２つの手動用の後輪１３の回転軸心線Ｐ’をＹ軸、該Ｙ軸上の２つの後輪１３間の中点を原点Ｏとして該Ｙ軸に垂直な仮想直線をＸ軸とした車いす座標系を水平面内に設定したとき、φはＸ軸（電動車いす１００の直進方向Ｔ）に対する駆動輪２１の進行方向のなす角度、ｘ、ｙは車いす座標系における旋回軸心Ｒの位置であり、ｘは０でない。

制御部２４０から出力された第１の角速度ω_ｗの指令値によって第１の電気モータ２５を駆動して駆動輪２１を駆動軸心Ｑの周りに第１の角速度ω_ｗで回転し、かつ、制御部２４０から出力された第２の角速度ω_ｓの指令値によって第２の電気モータ３２を駆動して脚部２１３を本体部２００（すなわち車いす１００）に対して旋回軸心Ｒの周りに第２の角速度ω_ｓで回転する。その結果、車いす１００は、操作者の意図した直進速度Ｖと旋回速度Ωで移動することができる。

以上、本実施形態あるいは変形例について説明したが、本発明はこれら本実施形態あるいは変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる
構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１…手動車いす、２…電動化ユニット、１２…フレーム、１２ａ…車輪支持フレーム、１２ｂ…座部支持フレーム、１２ｃ…肘掛け支持フレーム、１２ｄ…背もたれ部支持フレーム、１２ｅ…下部フレーム、１３…後輪、１４…前輪、１６ａ…座部、１６ｂ…背もたれ部、２１…駆動輪、２２…車軸、２４…減速機、２５…第１の電気モータ、２６…エンコーダ、２７…本体部、２８…軸受け、２９…歯車、３１…歯車、３２…第２の電気モータ、３４…エンコーダ、１００…電動車いす、２００…本体部、２１０…アーム、２１１，２１２…回動継手、２１３…脚部、２２０…フレーム、２２１…伸縮継手、２３０…操作部、２４０…制御部、２４２…入力部、２４４…計算部、２４６…出力部、２５０…制動部、Ｏ…原点、Ｐ…車輪軸心、Ｐ’…回転軸心線、Ｑ…駆動軸心、Ｒ…旋回軸心、ｒ…離間距離、ｓ…半径、Ｔ…直進方向、φ…Ｘ軸に対する駆動輪の角度、ωｗ…第１の角速度、ωｓ…第２の角速度、Ｖ…直進速度、Ω…旋回速度

Claims (8)

1. 後輪と、前輪と、取付部と、を有する手動車両の、前記取付部に取り付け可能な本体部と、
   前記本体部に設けられ、前記後輪よりも前記手動車両の後方に設けられた駆動輪と、
   を備え、
   前記本体部は、
   前記手動車両の直進方向における前記後輪と前記駆動輪との間の距離を変更して、前記駆動輪の駆動力によって前記取付部に力を加える、手動車両の電動化ユニット。
2. 請求項１に記載の手動車両の電動化ユニットにおいて、
   前記本体部は、アームを有し、
   前記アームの一端側は前記取付部に接続され、他端側に前記駆動輪が設けられている、手動車両の電動化ユニット。
3. 請求項１又は２に記載の手動車両の電動化ユニットにおいて、
   前記取付部は、前記後輪の車軸よりも高い位置に設けられる、手動車両の電動化ユニット。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の手動車両の電動化ユニットにおいて、
   前記後輪を制動させる制動部をさらに備え、
   前記本体部は、前記制動部が前記後輪を制動させている状態で、前記後輪と前記駆動輪との距離を変更する、手動車両の電動化ユニット。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の手動車両の電動化ユニットにおいて、
   前記駆動輪を前記本体部に接続する脚部を有し、
   前記脚部は、前記本体部に対して旋回軸心の周りに回転可能に取り付けられ、
   前記駆動輪は、前記旋回軸心に対して所定の離間距離を隔てて配置された駆動軸心を有し、前記脚部に対し該駆動軸心の周りに回転自在に取り付けられ、
   前記駆動輪を前記脚部に対して回転させる第１の電気モータと、
   前記脚部を前記本体部に対して回転させる第２の電気モータと、
   前記手動車両の走行を操作する操作部と、
   前記操作部の操作によって出力された信号に基づいて前記第１の電気モータと前記第２の電気モータとを駆動させる制御部と、
   をさらに備え、
   前記手動車両は、前記後輪として、同一回転軸心線上に配置された２つの車輪を少なくとも有し、
   前記制御部は、電動化ユニットを前記手動車両に取り付けた際に、前記操作部から出力された信号を前記手動車両の直進速度Ｖの指令値及び旋回速度Ωの指令値として入力し、下記式（１）に基づいて前記駆動輪の前記駆動軸心における第１の角速度ωｗ及び前記脚部の前記旋回軸心における第２の角速度ωｓを算出し、前記第１の角速度ωｗを出力して前記第１の電気モータを駆動し、前記第２の角速度ωｓを出力して前記第２の電気モータを駆動する、手動車両の電動化ユニット。
   

   

   （ここで、ｒは前記駆動輪の半径、ｓは前記離間距離である。また、２つの前記車輪の回転軸心線をＹ軸、該Ｙ軸上の２つの前記車輪間の中点を原点として該Ｙ軸に垂直な仮想直線をＸ軸とした手動車両座標系を水平面内に設定したとき、φはＸ軸（前記手動車両の直進方向）に対する前記駆動輪の進行方向のなす角度、ｘ、ｙは手動車両座標系における前記旋回軸心の位置であり、ｘは０でない。）
6. 後輪と、前輪と、取付部と、を有する手動車両の、前記取付部に取り付け可能な本体部と、
   前記本体部に設けられ、前記後輪よりも前記手動車両の後方に設けられた駆動輪と、
   を備えた電動化ユニットを前記手動車両に取り付けた際に、
   前記後輪を制動させ、
   前記手動車両の直進方向における前記後輪と前記駆動輪との間の距離を変更して、前記駆動輪の駆動力によって前記取付部に力を加える、手動車両の電動化ユニットの制御方法。
7. 座部と、
   前記座部を固定するフレームと、
   前記フレームに設けられた後輪と、
   前記フレームに設けられた前輪と、
   前記フレームの取付部に一端側が接続されたアームと、
   前記アームの他端側に接続され、前記後輪よりも後方に設けられた駆動輪と、
   を備え、
   前記アームは、
   直進方向における前記後輪と前記駆動輪との間の距離を変更して、前記駆動輪の駆動力によって前記取付部に力を加える、電動車いす。
8. 座部と、
   前記座部を固定するフレームと、
   前記フレームに設けられた後輪と、
   前記フレームに設けられた前輪と、
   前記フレームの取付部に一端側が接続されたアームと、
   前記アームの他端側に接続され、前記後輪よりも後方に設けられた駆動輪と、
   を備えた電動車いすに対して、
   前記後輪を制動させ、
   直進方向における前記後輪と前記駆動輪との間の距離を変更して、前記駆動輪の駆動力によって前記取付部に力を加える、電動車いすの制御方法。

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