補助動力式車椅子

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【発明の名称】	補助動力式車椅子
【発明者】	【氏名】内山敦【氏名】菅野信之
【要約】	【課題】使用者個別の仕様設定を不要にでき、部品点数が増加するのを防止してコストを低減することができ、また、片手漕ぎ操作での走行性能を向上することができる補助動力式車椅子を提供する。【解決手段】人力が入力されるハンドリム（人力入力部材）１３と、該ハンドリム１３に加えられた人力の方向及びその大きさを第１，第２レベルに判別して検出するポテンショメータ（人力検出手段）７２と、車輪２に補助動力を供給するモータ（補助動力源）３１と、該モータ３１を、上記検出された人力が第１レベルにあるときは上記補助動力が人力入力方向に応じた旋回方向の駆動力となるように、上記検出された人力が第２レベルにあるときは上記補助力が人力入力方向に応じた前後進方向の駆動力となるようにそれぞれ制御するコントローラ（補助動力制御手段）１００とを備える。

【特許請求の範囲】
【請求項１】人力が入力される人力入力部材と、該人力入力部材に加えられた人力の方向及びその大きさを検出する人力検出手段と、車輪に補助動力を供給する補助動力源と、該補助駆動源を、上記検出された人力が小なるときは上記補助動力が人力入力方向に応じた旋回方向の駆動力となるように、上記検出された人力が大なるときは上記補助力が人力入力方向に応じた前後進方向の駆動力となるようにそれぞれ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式車椅子。
【請求項２】請求項１において、左，右の車輪の各回転速度を検出する車輪速度検出手段と、上記検出された人力が小なるときは左，右の車輪の目標速度を人力入力方向に応じた旋回成分を有するように設定し、大なるときは左，右の車輪の目標速度を人力入力方向に応じて均等に増減する目標速度増減手段とを備え、上記補助動力制御手段は、検出された各車輪の検出速度が目標速度となるよう上記補助動力源を速度フィードバック制御することを特徴とする補助動力式車椅子。
【請求項３】請求項２において、上記人力入力部材及び人力検出手段を上記左，右の車輪に対応して備えており、上記目標速度増減手段は、同向きの上記小なる人力が左，右両方の人力入力部材に加えられたときは一方の人力入力部材のみに加えられたときよりも上記旋回成分を小さく設定し、逆向きの上記小なる人力が左，右の人力入力部材に加えられたときは一方の人力入力部材のみに加えられたときよりも上記旋回成分を大きく設定することを特徴とする補助動力式車椅子。
【請求項４】請求項２又は３において、上記人力入力部材及び人力検出手段を上記左，右の車輪に対応して備えており、上記目標速度増減手段は、同向きの上記大なる人力が左，右の人力入力部材に加えられたときは一方の人力入力部材のみに加えられたときよりも大きい割合で上記目標速度の増減を行い、逆向きの上記大なる人力が左，右の人力入力部材に加えられたときは上記目標速度の増減を停止することを特徴とする補助動力式車椅子。
【請求項５】請求項２ないし４の何れかにおいて、上記目標速度増減手段は、目標速度が０以外の場合には時間経過とともに目標速度の絶対値を０に向けて漸減することを特徴とする補助動力式車椅子。
【請求項６】請求項１ないし５の何れかにおいて、上記人力入力部材は、人力を伝達可能に駆動輪に取り付けられたハンドリムであることを特徴とする補助動力式車椅子。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、片手の操作でも車両の前後進動作が可能である補助動力式車椅子に関する。
【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，右の車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，右の車輪に加えることによって歩行の不自由な使用者の肉体的な負担を軽減するものであり、使用者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】しかし、上記従来の補助動力付き車椅子は左，右の車輪に同等の人力が加えられることを前提にしているため、使用者が両手の操作力がアンバランスであったり、片方の手だけでしか操作が行えない場合には、上記従来の補助動力付き車椅子は操作性が低いという問題がある。
【０００４】例えば、従来の補助動力付き車椅子を片方の手で操作する（以下片手漕ぎ操作と記す）場合、車椅子が蛇行しないように足で路面を蹴って進行方向を規制する必要があり、このように従来の補助動力付き車椅子は、片手漕ぎ操作では直進時の使い勝手が悪いという問題がある。
【０００５】また、片手漕ぎ操作では左, 右何れかに旋回する場合は、片方の足により旋回方向を制御することが必要である。具体的には、右に曲がる時は、足を操舵手段として車椅子の前方路面を蹴って車椅子を右方に回頭させる必要であり、このように、従来の補助動力付き車椅子は、片手漕ぎ操作では旋回時の使い勝手が悪いという問題がある。
【０００６】これらの問題を解決するものとして本願出願人は、一方の車輪に人力が加えられると、該人力に基づいて設定された補助動力が一方の車輪に加えられるとともに、該一方の車輪に作用する人力と補助動力との和と同等の補助動力が他方の車輪に加えられるようにしたもの（特開平７－１３６２１８号公報参照）を提案している。
【０００７】上記提案装置では、使用者が片方の手で一方の車輪に人力を加えると、該一方の車輪に作用する人力と補助動力との和と同等の補助動力が他方の車輪に供給されるため、片手漕ぎ操作の場合でも蛇行することなく容易に直進することができ、足による直進制御を不要にすることができる。
【０００８】また、片手漕ぎ操作の場合の旋回時の使い勝手を向上するものとして、本願出願人は、使用者の旋回の意志を検出する旋回意志検出手段として機能するフートスイッチを右側のステップに設け、該スイッチにより補助力の供給先を指定して、旋回を容易にするもの（特開平７－１３６２１９号公報参照）を提案している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来のフートスイッチにより補助力の供給先を設定して、旋回方向を指定するようにしたものでは、上記フートスイッチの取り付け位置を、使用者の身体的特徴に応じて個別に設定する必要があり、また、このスイッチやスイッチ操作に係る制御装置等が必要となるため、それだけ製造コストがかさむという問題がある。
【００１０】また、一方の車輪に作用する人力と補助動力との和と同等の補助動力を他方の車輪に供給するものでは、ハンドリムに人力を印加中は両輪より推進力を発生するが、次のストロークのためにハンドリムを持ち替える間は両輪の推進力が消滅してしまうので、例えば右輪を漕いで坂道を直進登坂している時に、足により右旋回しようとすると左輪に供給される駆動力が登坂旋回に必要なトルクより小さくなって走行自体が不能になる場合が発生するという問題もある。
【００１１】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、使用者個別の仕様設定を不要にでき、部品点数が増加するのを防止してコストを低減することができ、また、片手漕ぎ操作での走行性能を向上することができる補助動力式車椅子を提供することを課題としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、人力が入力される人力入力部材と、該人力入力部材に加えられた人力の方向及びその大きさを検出する人力検出手段と、左，右の車輪に補助動力を供給する補助動力源と、該補助駆動源を、上記検出された人力が小なるときは上記補助動力が人力入力方向に応じた旋回方向の駆動力となるように、上記検出された人力が大なるときは上記補助動力が人力入力方向に応じた前後進方向の駆動力となるようにそれぞれ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。
【００１３】ここで本発明において、上記小なる人力とは、例えば人力検出センサにおけるいわゆる不感帯域を示す第１しきい値から使用者の発揮し得る人力よりも十分に小さい第２しきい値までの範囲に設定可能であり、上記大なる人力とは、例えば上記第２しきい値より大きい範囲に設定可能である。従ってこの場合は、小なる人力とは人力入力部材に軽く触れる程度の人力を意味し、大なる人力とはこれよりも大きめの人力を意味する。
【００１４】また、本発明における人力の検出においては、しきい値を設けることなく、人力を連続量として扱い、あるいは人力をファジー量として扱うことも可能である。
【００１５】請求項２の発明は、請求項１において、上記左，右の車輪の回転速度を検出する車輪速度検出手段と、上記検出された人力が小なるときは左，右の車輪の目標速度を人力入力方向に応じた旋回成分を有するように設定し、大なるときは左，右の車輪の目標速度を人力入力方向に応じて均等に増減する目標速度増減手段とを備え、上記補助動力制御手段は、検出された各車輪の検出速度が目標速度となるよう上記補助動力源を速度フィードバック制御することを特徴としている。
【００１６】ここで目標速度を人力入力方向に応じた旋回成分を有するように設定するとは、例えば左の人力入力部材に前進方向の小なる人力が入力された場合には、右側に旋回するように、左輪の目標速度を右輪の目標速度より高めに設定するとの意味である。また目標速度を人力入力方向に応じて均等に増減するとは、例えば前進方向の大なる人力が入力された場合には、左，右車輪の目標速度を同じだけ増加するとの意味である。
【００１７】請求項３の発明は、請求項２において、上記人力入力部材及び人力検出手段を上記左，右の車輪に対応して備えており、上記目標速度増減手段は、上記小なる同向きの人力が左，右の人力入力部材に加えられたときは一方の人力入力部材のみに加えられたときよりも上記旋回成分を小さく設定し、上記大なる逆向きの人力が左，右の人力入力部材に加えられたときは一方の人力入力部材のみに加えられたときよりも上記旋回成分を大きく設定することを特徴としている。
【００１８】請求項４の発明は、請求項２又は３において、上記人力入力部材及び人力検出手段を上記左，右の車輪に対応して備えており、上記目標速度増減手段は、上記大なる同向きの人力が左，右の人力入力部材に加えられたときは一方の人力入力部材のみに加えられたときよりも大きい割合で上記目標速度の増減を行い、上記大なる逆向きの人力が左，右の人力入力部材に加えられたときは上記目標速度の増減を停止することを特徴としている。
【００１９】請求項５の発明は、請求項２ないし４の何れかにおいて、上記目標速度増減手段は、目標速度が０以外の場合には時間経過とともに目標速度の絶対値を０に向けて漸減することを特徴としている。
【００２０】請求項６の発明は、請求項１ないし５の何れかにおいて、上記人力入力部材は、人力を伝達可能に駆動輪に取り付けられたハンドリムであることを特徴としている。
【００２１】なお、本発明における人力入力部材には、請求項６のハンドリム以外に、使用者が操作するオンオフスイッチ、あるいは介助者が把持するグリップ等も含まれる。
【００２２】
【発明の作用効果】請求項１の発明に係る補助動力式車椅子によれば、人力入力部材に入力された人力が大なるときは、上記補助動力として前後進方向の駆動力が供給されるので、車椅子が停止しているときに大なる人力が例えば前進方向に加えられると、両輪に対して前進方向の駆動力が供給され、車椅子は直進前進する。また入力入力部材に入力された人力が小なるときは、上記補助動力として旋回方向の駆動力が供給されるので、車椅子は直進中であれば曲進し、停車中であれば小さい半径で旋回する。
【００２３】請求項２の発明によれば、検出された人力が小なるときは左，右の車輪の目標速度を人力入力方向に応じた旋回成分を有するように設定し、大なるときは左，右の車輪の目標速度を人力入力方向に応じて均等に増減するとともに、各車輪の検出速度が目標速度となるよう補助動力源を速度フィードバック制御するようにしたので、走行中に人力入力部材を軽く触れるように操作することにより進路を任意に修正することが可能であり、また人力入力部材に大きめの人力を加えることによりその方向の走行速度を増減でき、片手操作により任意に進路変更及び車速の調整ができる。
【００２４】また人力が大なるときには走行速度を目標速度となるよう補助動力源を速度フィードバック制御するようにしたので、路面状況（坂等）による外力が作用しても目標速度が維持され、例えば登坂時に減速し過ぎたり降坂時に増速し過ぎるといった問題を回避できる。
【００２５】請求項３の発明によれば、上記小なる逆向きの人力が左，右の人力入力部材に加えられたときは一方の人力入力部材のみに加えられたときよりも上記旋回成分を大きく設定したので、左，右の人力入力部材に逆向きの小さい人力を加えることにより、走行中であれば旋回速度の大きさを変えることができ、また停止中であれば定置旋回も可能となり、通常の手動車椅子の感覚での使用が可能となる。
【００２６】また上記小なる同向きの人力が左，右の人力入力部材に加えられたときは一方の人力入力部材のみに加えられたときよりも上記旋回成分を小さく設定したので、使用者の違和感を回避できる。即ち、使用者は、両方の人力入力部材に同向きの人力を入力する場合は通常旋回動作を望んでいないと考えられるので、このような場合の旋回成分を小さくすることにより違和感をなくすことができる。
【００２７】請求項４の発明によれば、上記大なる同向きの人力が左，右の人力入力部材に加えられたときは一方の人力入力部材のみに加えられたときよりも大きい割合で上記目標速度の増減を行うようにしたので、左，右の人力入力部材に同向きの大きめの人力を加えることにより、より素早く前進方向の速度を増加でき、通常の手動車椅子に近い感覚での使用が可能となる。
【００２８】また上記大なる逆向きの人力が左，右の人力入力部材に加えられたときは上記目標速度の増減を停止するようにしたので、使用者の違和感を回避できる。即ち、使用者は、両方の人力入力部材に逆向きの人力を入力する場合は通常加減速を望んでいないと考えられるので、このような場合の目標速度の増減を停止することにより違和感をなくすことができる。
【００２９】請求項５の発明によれば、目標速度が０以外の場合には時間経過とともに目標速度の絶対値を０に向けて漸減するようにしたので、人力が入力されない時は車速は徐々に減少し、最終的には停止することとなるため、入力操作の無いまま車椅子が自走することを防止できる。
【００３０】請求項６の発明によれば、上記人力入力部材を、人力を伝達可能に駆動輪に取り付けられたハンドリムとしたので、該ハンドリムを不感帯領域を越える程度の人力で軽く触れることにより旋回走行ができ、ハンドリムを大きめの人力で操作することにより前後進走行ができ、通常の手動車椅子を片手又は両手により小さい人力で漕ぐといった感覚での走行が可能となる。
【００３１】
【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式車椅子を説明するための図であり、図１，図２，図３は上記車椅子の側面図，平面図，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Ｖ－Ｖ線断面図、図６～図９は回転トランスを示す図、図１０は上記車椅子の制御システムの全体構成図、図１１は上記車椅子の制御動作を示すシステムの構成図、図１２は人力検出手段の変形例を示す構成図、図１３はハンドリムへの人力と入力検出手段からの検出信号との関係を示す特性図、図１４は左輪への人力の検出信号と目標速度との関係を示す特性図、図１５は人力の方向検出信号と補助動力制御との関係を示すマップデータである。
【００３２】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 Assist 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としての車輪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。
【００３３】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。
【００３４】上記フレーム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。また上記ハンドルアーム３ｂの下端には、この車椅子１が後方に倒れるのを防止する補助輪８が取り付けられている。
【００３５】上記フレーム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、その下端部に上記キャスタ４が回転自在に支持されている。また、上記アーム３ｃの下方に配置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。
【００３６】上記車輪２は、使用者の手によって回転力（人力トルク）が加えられるハンドリム組立体７０と、該ハンドリム組立体７０から入力された人力トルクに応じたモータ駆動力（補助動力）を出力する駆動部２０とを備えている。
【００３７】そして上記フレーム３の車輪中心部にはボス１１が螺挿され、ナット２２ａにより締め付け固定されている。該ボス１１の軸芯部には車軸２２が着脱可能に嵌合挿入されている。該車軸２２は中空状のもので、その軸芯部には車輪着脱用のシャフト２３が軸方向へ移動可能に挿入されている。該シャフト２３の両端部には他の部分よりも大径な頭部２３ａ，２３ｂがそれぞれ固着されている。右側の頭部２３ａの内側端にはコイルバネ２４が配置され、該シャフト２３を車軸２２に対して右側へ付勢している。また、車軸２２には、複数のボール２５，・・・がボス１１の外端部により外周側に抜け出ないようかつ半径方向に移動可能に収容されている。各ボール２５は、シャフト２３の頭部２３ａの大径部２３ｃによって押し拡げられることにより車軸２２の外周から僅かに突出し、これにより、車軸２２は、ボス１１から抜けないようになっている。また、シャフト２３を車軸２２に対して図５の左側へ相対的に移動させることにより、頭部２３ａの小径部２３ｄがボール２５の位置に移動し、ボール２５が内側へ移動できる状態となる。これにより、車軸２２をボス１１から図５の左側へ抜き出すことができ、車輪２全体をフレーム３から取り外すことができる。
【００３８】上記車軸２２は、略有底円筒状をなす固定プレート３０の中心部を貫通してこれを支持しており、該固定プレート３０には、図示しない回り止め部材が取り付けられている。回り止め部材は、フレーム３と係合することにより、固定プレート３０がフレーム３に対して回転するのを阻止している。
【００３９】また、上記車軸２２により、略有底円筒状をなす回転側部材としてのハブ５０が軸受５１を介して回転自在に支持されている。このハブ５０の内面には内歯ギヤ５２が固定されており、該内歯ギヤ５２には中間軸３６に一体形成された中間ギヤ３６ａが噛合しており、該中間軸３６は固定側部材としての固定プレート３０の底面に回転自在に支持されている。該中間軸３６は、これに固着された中間プーリ３３，及びベルトを介して上記固定プレート３０に取り付けられた駆動用モータ（補助動力源）３１により回転駆動され、その結果上記ハブ５０が回転する。
【００４０】上記ハブ５０には、上記ハンドリム組立体７０が所定角度だけ相対回転可能に支持されている。このハンドリム組立体７０は、使用者がハンドリム１３に加える接線方向力（人力：単位ｋｇ）をハブ５０に伝達するとともに、加えられる人力を検出する機能を有している。以下、使用者が加える人力を検出する構成について説明する。
【００４１】図４及び図５において符号７１は、ハンドリム組立体７０の中心部を構成するディスクであり、該ディスク７１は、内輪部７１ａと外輪部７１ｂとを３本のスポーク部７１ｃで一体的に連結した構造を有し、３本のスポークパイプ１５により上記ハンドリム１３に結合されている。また上記ディスク７１はブッシュ５５を介して上記ハブ５０のボス部５０ａにより相対回転可能に支持されている。なお、１２０は上記ディスク７１にスポークパイプ１５を取り付けるためのボルトを示している。
【００４２】上記ディスク７１のスポーク部７１ｃ，７１ｃ間には、ポテンショメータ７２が配置され、上記ハブ５０の底部５０ｂの外面に半径方向の位置を調整可能に取り付けられている。該ポテンショメータ７２の入力軸７２ａは上記底部５０ｂの内面に突出し、該突出部に長孔７３ａを有するレバー７３が取り付けられている。該レバー７３の長孔７３ａには、ディスク７１に固定されたピン５３が挿入されている。この構成のもとに、ハブ５０とハンドリム組立体７０との相対角度が基準位置から変化すると、ポテンショメータ７２の入力軸７２ａが回転し、そのインピーダンスが回転角度に応じて変化する。
【００４３】上記スポーク部７１ｃに形成された矩形孔７１ｄ内にはバネガイド５４が配置され、上記ハブ５０の底部５０ｂにボルト締め固定されており、該バネガイド５４内にはコイルバネ５６が収容配置されている。該コイルバネ５６の両端部はスライダ５７を介してスポーク部７１ｃの矩形孔７１ｄの内縁に当接している。この構成のもとに、ハンドリム組立体７０を車輪２に対して相対回転させると、この相対回転角度が後述する人力検出装置によって検出される。
【００４４】また符号５８はハブ５０とディスク７１との間のガタ止めとして機能する樹脂製のダンパ部材である。このダンパ部材５８は上記バネガイド５４に形成された凸部５４ａの内側に装着されて上記ディスク７１の外輪部７１ｂに対向しており、ボルト５８ａを締め込むことにより上記外輪部７１ｂに摺接し、ハブ５０とディスク７１間のガタを防止する。なお、符号７１ｅは上記ポテンショメータ７２等を覆うカバーであり、図４はこのカバー７１ｅを取り外した状態を示している。
【００４５】また符号１００は、上記人力の方向及びその大きさ（レベル）に応じてモータ３１による補助動力を制御する後述のコントローラであり、これは上記固定プレート３０の底部３０ｂの内面に配設されており、このコントローラ１００のＣＰＵ１２６が本発明の補助動力制御手段として機能する。
【００４６】次に、人力検出装置の構成を説明する。符号８０は差動回転トランスであり、これは固定プレート３０の中心のボス部３０ａに取り付けられたアウタートランス８１と、可動プレート５０の中心のボス部５０ａに取り付けられたインナートランス８２とから構成されている。
【００４７】上記アウタートランス８１は、非磁性体かつ絶縁体の樹脂からなる円筒状のボビン８３の外周面に２条の巻溝８３ａ，８３ｂを凹設し、各巻溝８３ａ，８３ｂに１次コイル８４ａ，８４ｂを巻回して構成されている。
【００４８】また、上記インナートランス８２は、磁性体（例えば軟鉄等の金属）からなる円筒状のコア８５の外周面に２条の保持溝８５ａ，８５ｂを凹設し、該保持溝８５ａ，８５ｂ内に、樹脂製で外周面に凹設された巻溝８６ａ，８７ａに２次コイル８９ａ，８９ｂが巻回されたボビン８６，８７を装着して構成されている。
【００４９】なお、８６ｂ，８７ｂはボビン８６，８７に形成されたスリット、９０はターミナルであり、各２次コイル８９ａ，８９ｂの端部８９ａ′，８９ｂ′は上記スリット８６ｂ，８７ｂを通って外部に引き出され、上記ターミナル９０に巻き付けられる。
【００５０】ここで上記アウタートランス８１は、外部磁界を遮断する機能を有する磁性体製のコアを備えていないので、外部金属の影響による磁気的アンバランスを抑制できるように配置することが望ましい。本実施形態では、１次コイル８４ａからハブ５０の底部５０ｂまでの磁気的距離（磁気的影響を考慮した場合の距離）と、１次コイル８４ｂから固定プレート３０の底部３０ｂまでの磁気的距離をできる限り均等にするために、該アウタートランス８１の幅方向中心線Ｄを車輪の幅方向中心線Ｂに対し固定プレート３０側に寸法Ｃだけ偏位させている。
【００５１】即ち、一般的にはアウタートランス８１の幅方向中心Ｄを車輪幅方向中心Ｂと一致させるのであるが、このようにすると１次コイル８４ａからハブ５０の底部５０ｂまでの距離と、１次コイル８４ｂから固定プレート３０の底部３０ｂまでの距離との差が拡大してしまう。
【００５２】上記左，右のポテンショメータ７２，７２により検出された左，右輪２，２への人力は左，右の回転トランス８０，８０を介して上記コントローラ１００に入力され、該コントローラ１００は所定の処理手順に従って上記人力に応じた補助動力が得られるよう上記モータ３１への供給電流を制御する。
【００５３】また、上記補助動力式車椅子１の右側の車輪２側には、バッテリ３８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、上記バッテリ３８から電源が供給されるワイヤーハーネス４３が設置されている。
【００５４】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３１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３１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。
【００５５】上記左右の車輪２を上記要領で車体に取り付けた後は、図３に示すように、各車輪２の固定プレート３０に取り付けられたカプラー３７に、車体側に設置された上記ワイヤーハーネス４３のカプラー４３ａを接続すれば、右側の車輪２に配置された上記バッテリ３８から左側の車輪２に設けられた駆動モータ３１やコントローラ１００等への給電がワイヤーハーネス４３を介してなされる。
【００５６】上記左，右車輪２，２のハンドリム１３，１３に加えられた人力の方向とその大きさは左，右のポテンショメータ７２，７２によって検出され、その検出信号は上記コントローラ１００, １００に入力される。
【００５７】次に、上記コントローラ１００の構成を図１０に基づいて説明する。図１０は左，右のコントローラ１００の構成を示すブロック図であり、該各コントローラ１００は、ハンドリム１３に加えられポテンショメータ７２によって検出された人力の方向及びその大きさを示す人力情報を回転トランス８０を介して入力するセンサドライブＩ／Ｆ１２５と、該入力された人力と後述のモータ回転数とに基づいて補助動力の目標値（目標トルク）を演算するＣＰＵ１２６と、モータ３１の出力及び回転数が上記演算された目標トルクとなるように該モータ３１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１２８と、上記左, 右のＣＰＵ１２６，１２６同士を接続する通信Ｉ／Ｆ１２９とを備えている。なお、Ｔｘは送信データを格納する送信レジスタ、Ｒｘは受信データを格納する受信レジスタをそれぞれ示している。
【００５８】また、上記ポテンショメータ７２による人力の検出は、所定の第１しきい値（Ｓ１）と第２しきい値（Ｓ２）とに基づいて行なわれる。このしきい値Ｓ１は人力検出センサの不感帯域を示す程度の大きさに設定されており、Ｓ２は使用者の最大操作力より十分に小さい値に設定されている。具体的には図１３に示すように、人力入力方向（ハンドリム操作方向）が「前進方向」の時は、操作力が第１しきい値（Ｓ１）未満であれば人力が不感帯レベルにあることを示す検出信号「０」が、第１しきい値（Ｓ１）以上で第２しきい値（Ｓ２）未満であれば人力が第１レベルにあることを示す検出信号「１」が、第２しきい値（Ｓ２）以上であれば人力が第２レベルにあることを示す検出信号「２」が出力される。
【００５９】また、人力入力方向（操作方向）が「後進方向」の時は、操作力が第１しきい値（Ｓ１）未満のとき「０」が、第１しきい値（Ｓ１）以上で第２しきい値（Ｓ２）未満のとき「－１」が、第２しきい値（Ｓ２）以上のとき「－２」が出力される。なお、図１６において、人力入力方向，検出信号は前進方向を正としている。
【００６０】また、上記ＣＰＵ１２６には、図１５に示す人力の入力方向と大きさを示す検出信号と補助動力の制御目標との関係を示すマップデータが記憶されており、上記検出された人力の入力方向と大きさ（レベル）信号に基づいて該マップデータに示す制御が行われる。
【００６１】また、本実施形態の左, 右の通信Ｉ／Ｆ１２９，１２９同士はシリアルケーブル１３０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やモータ回転数はこの通信Ｉ／Ｆ１２９，１２９を介して左右のコントローラ１００，１００に互いに伝達されるようになっている。
【００６２】次に、上記実施形態装置の補助動力制御について説明する。まず、上記ハンドリム１３を介して入力された人力の入力方向及びその大きさが上記ポテンショメータ７２により検出され、方向検出信号ＦＬ，ＦＲが出力される。この方向検出信号ＦＬ，ＦＲは、具体的には図１３に示すように、前進方向の操作力が入力されるとその大きさに応じて＋１, ＋２を、後進方向に操作力が入力されると同様に－１, －２を、また、所定の大きさの前, 後進操作力が入力されない時は０を、それぞれ示すこととなる。なお、人力入力方向の検出は、図１２に示すように人力が前進方向，行進方向に入力されたときそれぞれオンする前進方向ＳＷ，行進方向ＳＷを設け、該スイッチからのオンオフ信号により入力方向を検出するようにしてもよい。
【００６３】そして、上記左車輪のハンドリム１３に入力された人力の向き，大きさ（不感帯レベル，第１レベル，第２レベルの何れか）を示す検出信号ＦＬが人力検出手段として機能する左側のポテンショメータ７２から左側のコントローラ１００に入力され、また右輪のハンドリム１３に入力された人力の検出信号ＦＲが右側のコントローラ１００から上記レジスタＴｘ，Ｒｘを介して入力され、この両検出信号ＦＬ，ＦＲに基づいて、上記図１５に示すマップデータより制御方法が設定される。
【００６４】この場合、上記コントローラ１００の目標速度増減手段により、上記検出された人力ＦＬ，ＦＲに基づいて設定された前後進速度増分ΔＶが加算されて目標重心車速ωｍ※が速度リミッタでの制限内で設定される。また、上記コントローラ１００の時間的減衰手段としての機能により、車速目標値が０でない時は目標重心車速ωｍ※の絶対値が時間経過とともに０に向けて漸減するように設定され、これにより人力供給の停止後長時間補助動力走行が継続されるのを防止している。
【００６５】また、上記コントローラ１００の車両速度検出手段としての機能により上記左，右の駆動モータ３１の回転数が車両の実質的走行速度として上記モータの起電力情報に基づいて検出される。
【００６６】具体的には、図１１に示すように、巻線抵抗Ｒ，ＬＰＦ（ローパスフィルタ），１／Ｋ×τ演算回路等からなる回転数検出回路１００ａによりモータ電流値ｉ，電圧Ｅｍに基づいて左，右のモータ回転数ωＬ，ωＲが算出され、この各回転数が速度ＦＢとされる。
【００６７】そして、上記設定された目標重心車速ωｍ※，旋回速度成分θｚ※と、上記検出された速度ＦＢとの差に基づいて駆動モータ３１への供給電流値が設定される。即ち、上記設定された目標重心車速ωｍ※及び旋回速度成分θｚ※と検出重心速度ＦＢとの差と速度ゲインＧとにより電流リミッタの制限内で電流指令ｉ※が求められ、モータ３１への供給電流ｉがこの電流指令ｉ※となるようにフィードバック制御される。このように各輪はそれぞれの速度目標値ωＬ※，ωＲ※に基づいてフィードバック制御されているので外乱に対して頑強である。
【００６８】ここで、上記左，右輪から検出された方向検出信号と、補助力制御の内容との関係を図１５に基づいて具体的に説明する。なお、以下の説明では、人力が入力されない場合に時間とともに重心目標車速が漸減する制御の説明は省略している。
【００６９】I. 左，右輪何れのハンドリムも操作されない場合（図１５中の領域■）は、左，右の方向検出信号がともに「０」となり、Δｖ（制御の前後における前後進方向の速度変化量）＝０、θｚ（左，右何れかに向きを変える旋回トルク）＝０とされ、同速度で前後直進運動を続けるように制御される。II. 左，右輪の何れか一方のみに前進方向又は行進方向に第１レベルの人力が入力された場合（領域■）は、入力された側の車輪の方向検出信号のみが「１」又は「－１」で他方は「０」となり、Δｖ＝０として前後進方向の速度変化はなく、θｚ＝ｃｗ又はｃｃｗとして小トルク差で右旋回又は左旋回するように制御される。III. 左，右輪の両方に同じ方向の第１レベルの人力が入力された場合（領域■）は、両輪の方向検出信号が「１」又は「－１」となり、Δｖ＝Ｐ又はΔｖ＝Ｎとして前進方向又は後進方向に大きく増速し、θｚ＝０として旋回しないように制御される。
【００７０】IV. 左，右輪に逆向きの第１レベルの人力が入力された場合（領域■）は、方向検出信号が「１」と「－１」となり、Δｖ＝０として前，後進方向の速度変化はなく、θｚ＝Ｃｗ又はＣＣｗとして大トルク差で右旋回又は左旋回するように制御される。
【００７１】V. 左，右輪の何れか一方のみに前進方向又後進方向に第２レベルの人力が入力され、他方は操作されない場合（領域■）は、入力側の車輪の方向検出信号のみが「２」又は「－２」で、他方は「０」となり、Δｖ＝ｐ又はΔｖ＝ｎとして前進方向又は後進方向に少し増速し、θｚ＝０として旋回しないように制御される。
【００７２】VI. 左，右輪の何れか一方に第２レベルの人力が、他方に第１レベルの人力が同じ方向に入力された場合（領域■）は、方向検出信号は「２」，「１」又は「－２」，「－１」となり、Δｖ＝Ｐ又はΔｖ＝Ｎとして前進方向又は後進方向に大きく増速し、θｚ＝０として旋回しないように制御される。
【００７３】VII. 左，右輪の何れか一方に第２レベルの人力が、他方に第１レベルの人力が逆方向に入力された場合（領域■）は、方向検出信号は「２」，「－１」又は「－２」，「１」となり、Δｖ＝ｐ又はΔｖ＝ｎとして前進方向又は後進方向に少し増速し、θｚ＝ｃｗ又はｃｃｗとして小トルク差で右旋回又は左旋回するように制御される。
【００７４】VIII. 左，右輪の両方に第２レベルの人力が同方向に入力された場合（領域■）は、方向検出信号は「２」，「２」、又は「－２」，「－２」となり、Δｖ＝Ｐ又はΔｖ＝Ｎとして前進方向又は後進方向に大きく増速し、θｚ＝０として旋回しないように制御される。
【００７５】IX .左，右輪の両方に第２レベルの人力が逆方向に入力された場合（領域■）は、方向検出信号は「２」，「－２」、又は「－２」，「２」となり、Δｖ＝０として前，後進方向に速度変化を与えず、θｚ＝Ｃｗ又はＣＣｗとして大トルク差で右旋回又は左旋回するように制御される。
【００７６】このように本実施形態では、左，右車輪のハンドリム１３，１３に入力された人力の入力方向及び大きさを第１，第２レベルに判別して検出し、該検出信号に基づいて前後進方向の速度調整を行うとともに旋回動作を行うようにしたので以下の効果がある。
【００７７】（ａ）左，右輪何れのハンドリム１３，１３も操作しない場合（領域■）は、前後進方向の速度変化及び旋回動作を行わず、また左，右輪の何れか一方のみに前進方向又は行進方向に第１レベルの人力を入力した場合（領域■）は、前後進方向の速度変化は与えずに小トルク差で右旋回又は左旋回するようにし、さらに左，右輪の何れか一方のみに第２レベルの人力を入力した場合（領域■）は、前後進方向に少し増速するとともに旋回しないようにしたので、何れか一方のハンドリム１３のみを軽く操作することにより進路を変更でき、大きめに操作することにより前後進速度を調整でき、片手漕ぎ動作での走行を容易に行うことができる。
【００７８】（ｂ）左，右輪の両方に第１レベルの人力を同じ方向に入力した場合（領域■）は、前進方向又は後進方向に大きく増速するとともに旋回動作は与えないようにし、左，右輪の両方に第２レベルの人力を同方向に入力した場合（領域■）は、前進方向又は後進方向に大きく増速するとともに旋回しないようにしたので、左，右両方のハンドリムを軽く又は大きめに同方向に操作することにより前後進速度を大きい割合で調整できる。
【００７９】（ｃ）左，右輪に第１レベルの人力を逆向きに入力した場合（領域■）は、前，後進方向の速度変化は与えずに大トルク差で右旋回又は左旋回するようにし、左，右輪に第２レベルの人力を逆方向に入力した場合（領域■）は、前，後進方向の速度変化は与えずに大トルク差で右旋回又は左旋回するようにしたので、両方のハンドリムを逆向きに操作することにより小径での旋回動作を行うことができる。
【００８０】（ｄ）左，右輪の何れか一方に第２レベルの人力を、他方に第１レベルの人力を同じ方向に入力した場合（領域■）は、前進方向又は後進方向に大きく増速するとともに旋回しないようにし、左，右輪の何れか一方に第２レベルの人力を、他方に第１レベルの人力を逆方向に入力した場合（領域■）は、前進方向又は後進方向に少し増速するとともに、小トルク差で右旋回又は左旋回するようにしたので、両方のハンドリムを異なる大きさで同方向に操作することにより変速でき、逆方向に操作することにより進路変更ができる。
【００８１】次に、使用者が左輪のハンドルリム１３に人力を供給した場合の制御を図１７に基づいて具体的に説明する。図１７は、左輪のハンドリム１３への人力の方向検出信号と目標重心車速との関係を示す特性図である。
【００８２】例えば左輪のハンドリム１３に破線Ａに示す比較的大きい操作力（人力）が加えられると、実線Ｂに示す方向検出信号（＋２）が出力され、実線Ｃに示す目標重心車速ωｍ※が設定されて走行速度がこの目標重心車速ωｍ※となるようにモータへの供給電流が制御される。
【００８３】より詳細には、上記人力（操作力）が破線Ａ１で示すように上記ポテンショメータ７２の第２しきい値Ｓ２を前進方向に越える程度（第２レベル）のものである場合には、方向検出信号は＋２となり、目標重心車速は実線Ｃ１で示すようにその入力時間に比例して増加する。そして人力が破線Ａ２で示すように上記しきい値Ｓ２を後進方向に越える程度（第２レベル）のものである場合には方向検出信号は－２となり、目標重心車速は実線Ｃ２で示すように入力時間に比例して減少する。そして上記操作力が入力されない場合は上記目標重心速度は実線Ｃ３で示すように徐々に減少する。
【００８４】また、上記ポテンショメータ７２の第１しきい値Ｓ１以上第２しきい値Ｓ２未満の範囲（第１レベル）の小さな操作力Ａ３が左輪のハンドリム１３に前進方向に入力された時は、方向検出信号は＋１となり、該左輪の目標速度はＤ１に示すように増大されて車両は右側に旋回することとなり、また小さな操作力Ａ４が左輪のハンドリム１３に後進方向に入力されたときは、方向検出信号は－１となり、該左輪の目標速度はＤ２に示すように減少され、車両は左側方向に旋回することとなる。
【００８５】このように本実施形態では、片方のハンドリム１３に第２レベルの人力が入力されると補助動力として前後進方向の駆動力を供給し、第１レベルの人力が入力されると旋回方向の駆動力を供給するように構成したので、例えば使用者が左のハンドリム１３を前進方向に比較的大きめの人力で前進方向に操作することにより車椅子を直進前進させることができ、このとき両輪は速度的に制御されているので大きめの人力を片輪に入力しても車両が旋回してしまうことがない。また左のハンドリム１３を軽い人力で前進方向に操作することにより車椅子を直進中であれば右側に曲進させることができ、走行中にハンドリムへ軽い入力を加えることで方向修正が可能となるとともに、停車中であれば小さい半径で旋回させることができる。このように片方のハンドリム１３への大きめの人力の入力に対して両輪よりほぼ均等な速度を発生し、比較的小さい人力の入力により両輪に速度差が発生するようにモータ出力を供給するようにしたので、片手漕ぎの時の直進性能を向上することができ、左, 右の操作力に差のあるユーザの使用感を向上することができる。
【００８６】また例えば左のハンドリム１３への入力が第２レベルにあるときは上記左，右車輪の目標速度を均等に増減することにより、左，右車輪の実質的走行速度が目標重心速度となるよう上記補助動力源を速度フィードバック制御するようにしたので、走行中にハンドリムを大きめの力で操作することによりその方向の走行速度を増減でき、任意の走行速度に簡単に調整できる。
【００８７】また実質的走行速度が目標重心速度となるよう速度フィードバック制御するようにしたので、路面状況（坂等）による外力が作用しても目標速度が維持され、例えば登坂時に減速し過ぎたり降坂時に増速し過ぎるといった問題を回避できる。
【００８８】また左，右のハンドリム１３，１３に第１レベルの操作力が同じ向きに入力されたとき（領域■）にはΔｖ＝Ｐ又はＮとして、一方のハンドリムのみに操作力が加えられたとき（領域■，Δｖ＝０）よりも大きな割合で目標速度を増減するようにしたので、左，右のハンドリム１３，１３の両方を軽く触れるように操作することにより、より素早く前後進方向の速度を増加でき、操縦者の身体的機能に応じた車両の運動性を得ることが可能となる。
【００８９】また上記第１レベルで逆向きの人力が左，右のハンドリムに加えられたとき（領域■）は、Δｖ＝０として上記目標速度の増減を停止し、かつθｚ＝Ｃｗ又はＣＣｗとして大きいトルク差でもって旋回運動を行うようにしたので、使用者の違和感を回避して車椅子の使用感を向上できる。即ち、使用者は、両方のハンドリムに逆向きの操作力を入力する場合は、通常加減速を望んでいるのではなく、旋回動作を望んでいると考えられるので、このような場合の目標速度の増減を停止するとともに、比較的大きいトルク差でもって旋回するようにしたので、使用者は違和感をもつことなく、通常の車椅子に近い感覚での使用が可能となる。
【００９０】また、一方のハンドリムに上記第１レベルの操作力が入力されたとき（領域■）には旋回動作を行うように制御するとともに、第１レベルで逆向きの人力が左，右のハンドリムに加えられたとき（領域■）はθｚ＝Ｃｗ又はＣＣｗとして、単に一方のハンドリムのみに第１レベルの操作力が加えられた場合よりも左，右車輪の駆動トルクの差が大きくなるようにしたので、走行中であれば旋回速度を大きくでき、また停止中であれば定置旋回も可能となり、通常の手動車椅子の感覚での使用が可能となる。
【００９１】また目標速度が０以外の場合には、時間経過とともに目標速度の絶対値を０に向けて漸減するようにしたので、人力が入力されない時は車速は徐々に減少し、最終的には停止することとなるため、入力操作の無いまま車椅子が自走を続けるといった問題の発生を防止できる。
【００９２】ここで上記実施形態では、図１１に示すように、左，右車輪の速度フィードバック制御を行うようにした場合を説明したが、この速度によるフィードバック制御に変えて図１６，１７に示すようにモータ３１を電圧値制御方式で制御するようにしても良い。
【００９３】この場合、上記実施形態と同様にして設定された目標重心車速ωｍ※と旋回速度成分θｚ※とに基づいて所定の目標回転速度ωＬ※，ωＲ※が設定され、この目標値に基づいてモータ３１への供給電力がＥｍに制御される。
【００９４】この構成の場合、車輪速度の維持機能は上記速度フィードバック制御の場合に劣るが、構成が簡単であり、減速比が高い場合には十分な定速走行が実現できる。
【００９５】なお、上記実施形態では入力レベルにしきい値を設け、図１５のマップデータを離散値として記述した例を説明したが、入力を連続量として扱い、もしくは入力をファジー量として扱いマップデータを滑らかな変化量として記述しても良い。
【００９６】図１８，図１９は図１５のマップデータ（前後進速度変化量Δｖ，旋回速度θｚ）を滑らかな変化量として記述した例である。なお、図１８，１９では左輪入力信号については前進方向のみを表示しており、各データは左，右輪入力がいずれも０の点を原点として点対称をなしている。
【００９７】また、上記実施形態では、着座者がハンドリム１３を操作して人力を入力する場合を説明したが、介助者が上記グリップ７を持って車椅子１を移動させたときの介助者の人力に基づいて補助動力が得られるように上記モータ３１の出力を制御しても良く、この場合は介助者の負担を軽減でき、上記同様に直進性能，旋回性能を向上することができ、使用感を向上することができる。
【００９８】

【出願人】	【識別番号】００００１００７６【氏名又は名称】ヤマハ発動機株式会社
【出願日】	平成９年（１９９７）８月２１日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】下市努
【公開番号】	特開平１１－５６９１８
【公開日】	平成１１年（１９９９）３月２日
【出願番号】	特願平９－２２５１１２