JPH09173384A - 電動補助動力付き車椅子の駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 傾斜路面であっても、平地と同様な感覚で車
椅子の操作を行うことができる電動補助動力付き車椅子
の駆動制御方法を提供することを目的とする。 【構成】 本発明における電動補助動力付き車椅子の駆
動制御方法においては、前記車椅子が走行中であり、か
つ、ハンドリムに取り付けられたセンサが人力を検出し
ないときは、前記センサが人力を検出しなくなってから
の経過時間に応じて徐々にその値が小さくなる目標速度
を設定し、前記車椅子の速度が前記目標速度と一致する
ように、前記電動モータの出力を制御し、前記車椅子が
停止中であり、かつ、前記センサが人力を検出しないと
きは、前記車椅子の車輪の位置を検出し、該車輪の位置
を示す値が常に最初の値を保持するように、前記電動モ
ータの出力を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明は、電動モータにより人
力を補助する電動補助動力付き車椅子に関し、詳しく
は、車椅子の車輪に取り付けられたハンドリムに加えら
れた人力の大きさをセンサにより検出し、該センサによ
り検出した人力の大きさに比例した補助力を前記車輪と
動力伝達可能に連結した電動モータで発生させることに
より、人力による操作力を軽減する電動補助動力付き車
椅子の駆動制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】 足の不自由な人が利用する車椅子に
は、搭乗者が自分の力でハンドリムを操作し車輪を回転
させて移動する手動式車椅子と、操作レバーを操作する
ことにより電動モータで車輪を回転させて移動する電動
式車椅子とがある。

【０００３】一般に、手動式車椅子は電動式車椅子に比
べて操作に慣れを必要とせず、小回りが利くので室内な
ど狭い場所における移動のしやすさに優れている。とこ
ろが、老人や極度に筋力の衰えた人たちは手動式車椅子
を自分の力で操作することができないために電動式車椅
子を使用せざるを得なかった。この問題を解決するため
に、手動式車椅子をベースとし、搭乗者が車椅子を操作
するためにハンドリムに加えた人力の大きさを該ハンド
リムに取り付けたセンサにより検出し、該センサにより
検出した人力の大きさに比例した補助力を車輪と動力伝
達可能に連結した電動モータで発生させることにより、
人力による操作力を軽減する、いわゆるパワーアシスト
システムを搭載した電動補助動力付き車椅子が提案され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】 搭乗者が前記電動補
助動力付き車椅子（以下、単に「車椅子」という場合
は、電動補助動力付き車椅子を指すものとする。）を動
かすには、まず、ハンドリムを握って進みたい方向に弾
みをつけて回転させ、前記車椅子が慣性走行している間
に、再び前記ハンドリムを握り直して回転させるという
動作を繰り返す。そして、従来の電動補助動力付き車椅
子の駆動制御方法においては、前記ハンドリムに人力が
加えられているときのみ補助力を発生する構成となって
いる。ところが、急勾配の登り坂を上る場合には、搭乗
者が弾みをつけてハンドリムを回転させても、慣性で坂
を上るほどの勢いを前記車椅子に与えることはできず、
また、ハンドリムから手を離す時間が長いと坂を下って
後戻りしてしまうので、前記搭乗者は前記ハンドリムか
ら手を離す時間を極力短くし、小刻みに前記ハンドリム
を回転させなければならなかった。一方、下り坂を降り
る場合には、搭乗者は前記ハンドリムに手を添えて、常
にブレーキをかけ続ける必要があり、老人や極度に筋力
の衰えた人にとって、傾斜路面での前記車椅子の操作は
体力的負担が大きかった。そこで、本発明においては、
傾斜路面であっても、平地と同様な感覚で車椅子の操作
を行うことができる電動補助動力付き車椅子の駆動制御
方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】 本発明における電動補
助動力付き車椅子の駆動制御方法においては、前記車椅
子が走行中であり、かつ、ハンドリムに取り付けられた
センサが人力を検出しないときは、前記センサが人力を
検出しなくなってからの経過時間に応じて徐々にその値
が小さくなる目標速度を設定し、前記車椅子の速度が前
記目標速度と一致するように、前記電動モータの出力を
制御し、一方、前記車椅子が停止中であり、かつ、前記
センサが人力を検出しないときは、前記車椅子の車輪の
位置を検出し、該車輪の位置を示す値が常に最初の値を
保持するように、前記電動モータの出力を制御する。

【０００６】

【作用】 本発明による電動補助動力付き車椅子の駆動
制御方法によれば、車椅子の走行中に搭乗者がハンドリ
ムの操作を止めた場合、前記車椅子は、路面の傾斜に拘
わらず、常に設定された減速度に従って減速し、前記車
椅子が停止している場合には、路面の傾斜に拘わらず、
搭乗者が前記ハンドリムの操作を開始しない限りその位
置に停止し続ける。

【０００７】

【実施例】 電動補助動力付き車椅子の一実施例を図４
および図５に基づき説明する。図４および図５はそれぞ
れ電動補助動力付き車椅子の側面図および背面図であ
る。電動補助動力付き車椅子１は、パイプ状部材からな
るフレーム２を有する。該フレーム２は通常の手動式車
椅子と同様に背もたれ枠２０１座面枠２０２、肘掛け部
２０３、フットレスト支柱２０４などを形成しており、
前記背もたれ枠２０１および座面枠２０２には、それぞ
れ布製の背もたれおよび座面が張り渡されており、搭乗
者が座るための椅子を形成している。前記背もたれ枠２
０１はその上端部が後方に折り曲げられた折曲部２０５
を形成しており、該折曲部２０５に介助者用のグリップ
３が嵌着している。また、フットレスト支柱２０４の下
端部は前方に折り曲げられた折曲部２０６を形成してお
り、該折曲部２０６に搭乗者が足を載せるフットレスト
４が配設されている。

【０００８】該フレーム２の左右側面にはそれそれ前記
フレーム２と一体的にドライブユニットハウジング５が
取り付けられており、該ドライブユニットハウジング５
には車輪６、電動モータ７がそれそれ配設されている。
該電動モータ７は、ギヤを介して前記車輪６と動力伝達
可能に連結しており、該車輪６にはそれぞれハンドリム
８が前記車輪６と動力伝達可能に取り付けられており、
前記ハンドリム８には人力を検出するために、歪みゲー
ジ等のセンサ（図示せず）が取り付けられている。前記
車輪６の前方には、通常の手動式車椅子と同様に左右１
組のキャスター９が前記フレーム２に配設されている。
また、前記フレーム２は、座面枠２０２の下側に前後方
向に延在する水平部２０７を有し、該水平部２０７には
１対のコ字形状の支持枠１０が取り付けられている。該
支持枠１０上には、前記左右の電動モータ７を駆動する
左右のモータドライバ１１とバッテリ１２が載置されて
おり、前記水平部２０７の後端部には、前記センサの出
力に応じて、前記モータドライバ１１に前記電動モータ
７を駆動させる信号を出力するコントロールユニット１
３が載置されている。

【０００９】図６は電動補助動力付き車椅子のパワーア
シストシステムの構成を示すブロック図である。以下、
図６に基づきパワーアシストシステムについて説明す
る。ハンドリム８に加えられた人力をセンサ５０にて検
出し、前記センサ５０からの出力信号をコントロールユ
ニット１３に人力する。前記コントロールユニット１３
に人力された前記出力信号は、増幅アンプ１３１で増幅
され、Ａ／Ｄコンバータ１３２でデジタル信号に変換さ
れた後、演算部１３３に人力される。該演算部１３３
は、前記センサ５０により検出した人力の大きさとあら
かじめ設定された前記人力と補助力との比率から必要と
される補助力の大きさを算出し、電動モータが前記補助
力を発生するように駆動信号を出力するパワーアシスト
制御を行う。前記演算部１３３から出力された前記駆動
信号はＤ／Ａコンバータ１３４でアナログ信号に変換さ
れた後、モータドライバ１１に人力され、該モータドラ
イバ１１は前記駆動信号に基づき、電動モータ７に補助
力を発生させる。そして、該電動モータ７が発生する補
助力は車輪６に伝達されて、前記電動補助動力付き車椅
子の操作力を軽減させる。また、エンコーダ６０は車輪
６の位置を回転角として検出し、その出力信号を前記演
算部１３３に人力する。

【００１０】本発明においては、前記コントロールユニ
ット１３は、操作力を軽減するパワーアシスト制御だけ
でなく、傾斜路面において平地と同様の操作性を実現す
るための駆動制御も行う。前記演算部１３３における駆
動制御のフローチャートを図１ないし図３に示す。図１
は駆動制御のメインルーチン，図２は減速制御サブルー
チン，図３は停止位置保持制御サブルーチンを示したも
のである。以下、図１ないし図３に基づき駆動制御方法
について説明する。

【００１１】駆動制御のメインルーチンは、まず、ステ
ップＳ１（以下、単にＳ１と表す。）においてフラグ＝
ＯＦＦにリセットし、Ｓ２に進む。Ｓ２では、ハンドリ
ム８に取り付けられたセンサ５０による人力検出の有無
を判定し、センサ５０が人力を検出した場台、すなわ
ち、車椅子の搭乗者がハンドリム８を操作して車椅子を
動かしている場合には、Ｓ３でパワーアシスト制御を行
って電動モータ７に補助力を発生させ、Ｓ４でフラグ＝
ＯＮにセットした後、Ｓ２に戻る。一方、センサ５０が
人力を検出しなかった場合、すなわち、車椅子の搭乗者
がハンドリム８の操作をしていない場合には、Ｓ５以下
のステップに進む。Ｓ５ではエンコーダ６０からの出力
信号に基づいて、車輪６の回転速度、すなわち、車椅子
の速度Ｖを算出し、その値をメモリーに格納してＳ６に
進む。Ｓ６では、フラグのＯＮ／ＯＦＦを判定し、フラ
グがＯＮの場合は減速制御サブルーチンＳ７に進んだ
後、Ｓ２に戻り、フラグがＯＦＦの場合には停止位置保
持制御サブルーチンＳ８に進んだ後、Ｓ２に戻る。

【００１２】減速制御サブルーチンＳ７は、車椅子の搭
乗者が、走行中の車椅子のハンドリム８から手を離した
ときの車椅子の減速度を制御するルーチンであり、傾斜
路面においても、平地と同様に徐々に減速しながら停止
するように電動モータの出力を制御するものである。減
速制御サブルーチンＳ７では、Ｓ７０１でその時点での
車椅子の速度（以下、実速度という。）Ｖｒｅａｌおよ
び、センサ５０が人力を検出しなくなってからの時間、
すなわち、車椅子の搭乗者がハンドリム８から手を離し
てからの経過時間ｔを検出し、それそれメモリーに格納
する。Ｓ７０２では、前記経過時間ｔに応じた車椅子の
目標速度Ｖａを算出する。前記目標速度Ｖａは、経過時
間ｔの値の増加とともに小さくなる値であり、例えば、
一定の減速度で減速して停止する場合には目標速度Ｖａ
は次式で与えられる。なお、次式において、Ｖはメイン
ルーチンのＳ５において格納した車椅子の速度、すなわ
ち、ｔ＝０における車椅子の速度（以下、初速度とい
う。）であり、Ａは減速度である。

【００１３】

【数１】

【００１４】あるいは、車椅子の搭乗者がハンドリム８
から手を離してから、車椅子が停止するまでの時間を常
に一定にするように制御することも考えられる。この場
合、ハンドリム８から手を離してから車椅子が停止する
までの時間（以下、目標停止時間という。）をＴと設定
すると、目標速度Ｖａは次式で与えられる。

【００１５】

【数２】

【００１６】また、これ以外にも、経過時間ｔとともに
減速度Ａを変化させたり、初速度Ｖに応じて目標停止時
間Ｔを変化させたりするなど様々な方法が考えられる。

【００１７】Ｓ７０３では、目標速度Ｖａが０以下にな
ったかどうかを判定する。Ｓ７０３において、目標速度
Ｖａが０よりも大きい場合、すなわち、車椅子が減速中
のときはＳ７０４に進む。Ｓ７０４では、目標速度Ｖａ
と実速度Ｖｒｅａｌとの差Ｄｖを算出し、Ｓ７０５にお
いて、次式より電動モータ７への出力Ｓを算出する。な
お、次式において、Ｂは制御ゲインである。

【００１８】

【数３】

【００１９】Ｓ７０４において、実速度Ｖｒｅａｌが目
標速度Ｖａよりも大きい場合には、Ｄｖの値は負とな
り、電動モータ７に後進方向の出力を与えて実速度Ｖｒ
ｅａｌが目標速度Ｖａに近づくように車椅子を減速さ
せ、実速度Ｖｒｅａｌが目標速度Ｖａよりも小さい場合
には、Ｄｖの値は正となり、電動モータ７に前進方向の
出力を与えて実速度Ｖｒｅａｌが目標速度Ｖａに近づく
ように車椅子を増速させる。そして、Ｓ７０５において
電動モータ７に出力Ｓを与えた後、減速制御サブルーチ
ンＳ７を終了してメインルーチンに戻る。

【００２０】一方、Ｓ７０３において、目標速度Ｖａが
０以下であればＳ７０６以下のステップに進む。Ｓ７０
６は、車椅子が停止しているかどうかを確認するステッ
プであり、本実施例においては、停止していると見なす
ことのできる許容速度範囲Ｖｂを設定し、実速度Ｖｒｅ
ａｌが許容速度範囲内にあるかどうかを判定し、実速度
Ｖｒｅａｌが許容速度範囲内にある場合にはＳ７０７に
進んで、車椅子が停止したと見なした時点での車輪位置
（以下、初期車輪位置という。）Ｐと電動モータ７への
出力Ｓとを検出してそれぞれの値をメモリーに格納し、
Ｓ７０８に進んでフラグ＝ＯＦＦにセットした後、メイ
ンルーチンに戻る。なお、車輪位置はエンコーダ６０か
らの出力信号を計数することによって求められ、例え
ば、車輪６が前進方向に回転するとその値が増加し、車
輪６が後進方向に回転するとその値が減少するようにな
っている。また、Ｓ７０６において、実速度Ｖｒｅａｌ
が許容速度範囲内にない場合には、Ｓ７０９に進んで搭
乗者に対して警報を発する。

【００２１】次に、停止位置保持制御サブルーチンＳ８
について説明する。停止位置保持制御サブルーチンＳ８
においては、Ｓ８０１では、その時点での車輪位置（以
下、実車輪位置という。）Ｐｒｅａｌを検出し、Ｓ８０
２において、初期車輪位置Ｐと実車輪位置Ｐｒｅａｌと
の差Ｄｐを算出し、Ｓ８０３に進む。Ｓ８０３は、初期
車輪位置Ｐと実車輪位置Ｐｒｅａｌとの差Ｄｐが一定の
範囲内にあるかどうかを判定するステップであり、前記
差Ｄｐが、あらかじめ設定された許容範囲Ｄｂ内にある
ときはＳ８０４に進み、一方、前記差Ｄｐが前記許容範
囲Ｄｂを超えているときはＳ８０５に進んで搭乗者に対
して警報を発する。Ｓ８０４においては、次式より電動
モータ７への出力Ｓを算出する。

【００２２】

【数４】

【００２３】上式において、Ｓａは車椅子を静止させて
おくのに必要とされる電動モータ７への出力値であり、
減速制御サブルーチンのＳ７０８において格納した電動
モータ７への出力ｓと同値とするのがよい。これ以外に
も、車椅子に傾斜角センサを取り付け、車椅子の搭乗者
の体重と車椅子の重量をあらかじめコントロールユニッ
ト１３の演算部１３３に入力しておき、車椅子の停止し
ている地点の傾斜角および車椅子と搭乗者との重量か
ら、その地点で車椅子を停止させておくために必要な電
動モータ７への出力値を算出し、その値を定数Ｓａの値
としてもよい。また、Ｃは制御ゲインである。

【００２４】路面の傾斜等の影響により車椅子が初期の
停止位置よりも後退している場合には、前記Ｄｐの値は
正となり、電動モータ７への出力Ｓが増大する。一方、
車椅子が初期の停止位置よりも前進している場合には、
前記Ｄｐの値は負となり、電動モータ７への出力Ｓは減
少する。これにより、車椅子は路面の傾斜等にかかわら
ず、ハンドリム８の操作をしない限りその停止位置を保
持することになる。そして、Ｓ８０３において、電動モ
ータ７に出力ｓを与えた後、停止位置保持制御サブルー
チンＳ８を終了してメインルーチンに戻る。

【００２５】本実施例においては、搭乗者がハンドリム
に人力を加え車椅子を操作しているときは、Ｓ２におい
て「人力検出＝あり」となり、Ｓ３においてパワーアシ
スト制御を行うとともにＳ４においてフラグをＯＮにセ
ットした後、Ｓ２に戻るので、搭乗者が前記ハンドリム
に人力を加えている間はパワーアシスト制御を行う。一
方、前記車椅子が走行中であるときに搭乗者が前記ハン
ドリムから手を離したときは、Ｓ２において「人力検出
＝なし」となり、かつ、Ｓ６において「フラグ＝ＯＮ」
となるので、減速制御サブルーチンＳ７に進んで減速制
御を行った後、Ｓ２に戻る。このとき、搭乗者が再び前
記ハンドリムの操作を行うと、パワーアシスト制御を行
うが、前記ハンドリムの操作を行わないと減速制御を続
け、やがて車椅子が停止する。車椅子が停止すると減速
制御サブルーチンＳ７のＳ７０８においてフラグをＯＦ
Ｆにセットし、Ｓ２に戻る。車椅子が停止した後は、搭
乗者が再び前記ハンドリムの操作を行わない限り、フラ
グはＯＦＦのままである。よって、Ｓ２において「人力
検出＝なし」となり、かつ、Ｓ６において「フラグ＝Ｏ
ＦＦ」となるので、停止位置保持制御サブルーチンＳ８
に進み、搭乗者が再び前記ハンドリムの操作を行うまで
その停止位置を保持し続ける。

【００２６】なお、搭乗者がハンドリム８の操作を行わ
ずに、介助者が車椅子を移動させる場合を考慮して、駆
動制御のＯＮ／ＯＦＦ切替スイッチ設け、該切替スイッ
チを切り換えることにより、上記駆動制御を行わなくす
るように構成してもよい。前記切替スイッチの切替は、
搭乗者あるいは介助者が任意に切替操作できるようにし
てもよいし、グリップ３に接触センサを取り付け、介助
者がグリップ３を握ると自動的に上記駆動制御を行わな
いように切り替わるようにしてもよい。

【００２７】

【発明の効果】 本発明による電動補助動力付き車椅子
の駆動制御方法においては、前記車椅子が走行中であ
り、かつ、ハンドリムに取り付けられたセンサが人力を
検出しないときは、前記センサが人力を検出しなくなっ
てからの経過時間に応じて徐々にその値が小さくなる目
標速度を設定し、前記車椅子の速度が前記目標速度と一
致するように、前記電動モータの出力を制御するので、
前記車椅子は路面の傾斜に拘わらず、常に設定された減
速度に従って減速し、一方、前記車椅子が停止中であ
り、かつ、前記センサが人力を検出しないときは、前記
車椅子の車輪の位置を検出し、該車輪の位置を示す値が
常に最初の値を保持するように、前記電動モータの出力
を制御するので、前記車椅子は路面の傾斜に拘わらず、
搭乗者が前記ハンドリムを操作しない限りその位置に停
止し続ける。よって、本発明による電動補助動力付き車
椅子の駆動制御方法によれば、傾斜路面であっても平地
と同様な走行感覚が得られ、搭乗者の体力的負担を軽減
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 駆動制御のメインルーチンのフローチャート
である。

【図２】 減速制御サブルーチンのフローチャートであ
る。

【図３】 停止位置保持制御サブルーチンのフローチャ
ートである。

【図４】 電動補助動力付き車椅子の側面図である。

【図５】 電動補助動力付き車椅子の背面図である。

【図６】 電動補助動力付き車椅子のパワーアシストシ
ステムの構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 電動補助動力付き車椅子 ５ ドライブユニットハウジング ６ 車輪 ７ 電動モータ ８ ハンドリム １１ モータドライバ １２ バッテリ １３ コントロールユニット ５０ センサ ６０ エンコーダ １３１ 増幅アンプ １３２ Ａ／Ｄコンバータ １３３ 演算部 １３４ Ｄ／Ａコンバータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車椅子の車輪に取り付けられたハンドリ
   ムに加えられた人力の大きさをセンサにより検出し、該
   センサにより検出した人力の大きさに比例した補助力を
   前記車輪と動力伝達可能に連結した電動モータで発生さ
   せることにより、人力による操作力を軽減する電動補助
   動力付き車椅子において、 前記車椅子が走行中であり、かつ、ハンドリムに取り付
   けられたセンサが人力を検出しないときは、前記センサ
   が人力を検出しなくなってからの経過時間に応じて徐々
   にその値が小さくなる目標速度を設定し、前記車椅子の
   速度が前記目標速度と一致するように、前記電動モータ
   の出力を制御し、 前記車椅子が停止中であり、かつ、前記センサが人力を
   検出しないときは、前記車椅子の車輪の位置を検出し、
   該車輪の位置を示す値が常に最初の値を保持するよう
   に、前記電動モータの出力を制御することを特徴とする
   電動補助動力付き車椅子の駆動制御方法。