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WO2024166177A1 - 電動車椅子 - Google Patents

電動車椅子 Download PDF

Info

Publication number
WO2024166177A1
WO2024166177A1 PCT/JP2023/003825 JP2023003825W WO2024166177A1 WO 2024166177 A1 WO2024166177 A1 WO 2024166177A1 JP 2023003825 W JP2023003825 W JP 2023003825W WO 2024166177 A1 WO2024166177 A1 WO 2024166177A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
grip
operator
motor
electric wheelchair
control device
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/003825
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
信之 富樫
弘 北本
伸明 池原
陸 長山
知真 饒平名
Original Assignee
株式会社ジェイテクト
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社ジェイテクト filed Critical 株式会社ジェイテクト
Priority to PCT/JP2023/003825 priority Critical patent/WO2024166177A1/ja
Publication of WO2024166177A1 publication Critical patent/WO2024166177A1/ja

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Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61GTRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
    • A61G5/00Chairs or personal conveyances specially adapted for patients or disabled persons, e.g. wheelchairs
    • A61G5/04Chairs or personal conveyances specially adapted for patients or disabled persons, e.g. wheelchairs motor-driven

Definitions

  • This disclosure relates to an electric wheelchair.
  • Patent Documents 1 and 2 describe an electric wheelchair that is configured to provide a propulsive force in response to the operation of the operator.
  • the grip that the operator holds is provided so as to be movable in the forward and backward directions, and a propulsive force is provided in response to the displacement of the grip.
  • the present invention was made in consideration of these problems, and aims to provide an electric wheelchair that is safe when the operator's operating state changes or when the gradient of a slope changes.
  • a vehicle body Drive wheels for driving the vehicle body;
  • a motor that drives the drive wheels;
  • a grip that can be held by an operator and can be displaced in the front-rear direction of the vehicle body by an operation of the operator;
  • an operation detection unit that detects a position of the grip in the front-rear direction;
  • a control device that controls the motor based on the position detected by the operation detection unit, an electric wheelchair, wherein the control device changes a control parameter used to control the motor when a predetermined change in an operation state by the operator or a predetermined change in a slope gradient occurs; is located.
  • control device is configured to change the control parameters used to control the motor when a predetermined change occurs in the operating state of the operator or a predetermined change occurs in the gradient of a slope.
  • safe operation can be achieved by appropriately changing the motor control parameters in response to a predetermined change in the operating state of the operator or a predetermined change in the gradient of a slope, for example, to prevent the electric wheelchair from accelerating suddenly or exceeding the speed limit.
  • the above-mentioned aspect makes it possible to provide an electric wheelchair that is safe when the operating state of the operator changes or when the gradient of a slope changes.
  • FIG. 1 is a perspective view of an electric wheelchair according to an embodiment
  • FIG. 2 is a diagram of a drive unit disposed on the right side of a vehicle body as viewed from the center in the left-right direction of the vehicle body
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a first operating unit
  • FIG. 4 is a block diagram showing an example of a configuration for controlling the operation of a motor in an electric wheelchair
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a control logic of the drive mechanism by the control device
  • FIG. 6 is a diagram showing a schematic view of a state in which an operator operates an electric wheelchair
  • FIG. 1 is a perspective view of an electric wheelchair according to an embodiment
  • FIG. 2 is a diagram of a drive unit disposed on the right side of a vehicle body as viewed from the center in the left-right direction of the vehicle body
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a first operating unit
  • FIG. 4 is a block diagram showing an example of a configuration for controlling the operation of
  • FIG. 7 is a flowchart showing a process executed by the control device;
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a non-grip determination region of a grip;
  • FIG. 9 is a flowchart showing a non-grasping determination process.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a state in which a slope gradient changes from equal to or greater than a first reference angle to less than a second reference angle that is smaller than the first reference angle;
  • FIG. 11 is a graph showing a change pattern of the spring coefficient.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a state where a slope gradient is between a first reference angle and an upper limit reference angle;
  • FIG. 13 is a diagram that illustrates a state in which the slope gradient changes from between the first reference angle and the upper limit reference angle to equal to or greater than the upper limit reference angle.
  • an electric wheelchair 1 according to an embodiment of the present invention is an electric vehicle that is driven by an operator. The driving of the electric wheelchair 1 is assisted by electrically driven drive wheels 14c.
  • the electric wheelchair 1 comprises a wheelchair section 2, a drive mechanism 4, a control box 6, a first operating section 10, and a second operating section 12.
  • the wheelchair section 2 is a typical wheelchair, and comprises a vehicle body 2a mainly composed of a frame such as a metal pipe, a pair of main wheels 2b, and a pair of casters 2c.
  • the pair of casters 2c are provided on both the left and right sides of the vehicle body 2a.
  • the pair of main wheels 2b are also provided on both the left and right sides of the vehicle body 2a.
  • the pair of main wheels 2b are provided behind the pair of casters 2c. Therefore, the pair of main wheels 2b are rear wheels.
  • the pair of casters 2c are front wheels.
  • the vehicle body 2a has a seat portion 2a1 on which a passenger sits, and a backrest portion 2a2.
  • the vehicle body 2a has a pair of left and right support pipes 2a3.
  • the pair of support pipes 2a3 support the backrest portion 2a2.
  • a pair of protrusions 2a4 is provided on the upper ends of the pair of support pipes 2a3.
  • the pair of protrusions 2a4 protrude rearward from the backrest portion 2a2.
  • the pair of protrusions 2a4 are pipes having openings at their rear ends.
  • a pair of first operating units 10 are provided on the pair of protrusions 2a4. Thus, the pair of first operating units 10 are disposed above the left and right sides of the backrest portion 2a2.
  • Each of the pair of first operating units 10 has a grip 20.
  • the second operating unit 12 is provided on the right protrusion 2a4.
  • the second operating unit 12 is provided with a plurality of operating switches 12a for receiving operations from the operator.
  • the multiple operation switches 12a include an operation switch for turning the power supply on and off, and an operation switch for switching the state of the drive mechanism 4 between a state in which assistance for the operation of the electric wheelchair 1 has begun and a state in which the assistance has ended.
  • the first operating unit 10 is provided with a brake lever 11 and a brake sensor 11a for detecting the brake operation and brake release operation of the brake lever 11.
  • the brake lever 11 is a brake operating unit operated by an operator to mechanically brake the vehicle body 2a. A braking force is mechanically applied to the drive wheels 14c or the main wheels 2b when the operator operates the brake lever 11.
  • the brake sensor 11a is a brake detection unit that detects the brake operation of the brake lever 11 by the operator. The brake operation of the brake lever 11 by the operator is detected when the brake sensor 11a is in a brake operation state. On the other hand, the brake release operation of the brake lever 11 by the operator is detected when the brake sensor 11a is in a brake operation release state.
  • the direction in which the passenger faces when riding in the electric wheelchair 1 (the direction in which the backrest portion 2a2 faces forward) is referred to as the forward direction, and the opposite direction is referred to as the rearward direction. Therefore, the passenger rides facing the front of the electric wheelchair 1. Additionally, the direction facing the left side as seen from the passenger's perspective is referred to as the leftward direction, and the direction facing the right side as seen from the passenger's perspective is referred to as the rightward direction.
  • the drive mechanism 4 includes a pair of drive units 14.
  • the pair of drive units 14 are fixed to the left and right sides of the vehicle body 2a.
  • the pair of drive units 14 are disposed on the vehicle inward side of the pair of main wheels 2b.
  • Each of the pair of left and right drive units 14 has a base plate 14a, an arm 14b, a drive wheel 14c, a motor 15, and a tipping bar 13.
  • the base plate 14a is fixed to the frame of the vehicle body 2a. In this way, the drive unit 14 is attached to the wheelchair section 2.
  • the tipping bar 13 is provided at the rear end of the base plate 14a.
  • the tipping bar 13 is a member that is stepped on by the leg of an operator operating the electric wheelchair 1 from behind when the operator is climbing over a step. When the operator steps on the tipping bar 13, the caster 2c is lifted upward with the main wheel 2b as a fulcrum.
  • the arm 14b is provided on the inside of the vehicle on the base plate 14a.
  • the arm 14b is fixed to the base plate 14a so that it can swing up and down.
  • the arm 14b can swing within a predetermined angular range.
  • a motor 15 and a drive wheel 14c are provided at the tip of the arm 14b.
  • the arm 14b supports the drive wheel 14c so that it can rotate freely.
  • the arm 14b elastically biases the drive wheel 14c downward. As a result, the arm 14b presses the drive wheel 14c against the road surface to make it touch the ground.
  • the motor 15 is an in-wheel motor and is provided inside the drive wheel 14c.
  • the rotor (not shown) of the motor 15 can rotate integrally with the drive wheel 14c.
  • the stator (not shown) of the motor 15 is fixed to the arm 14b side. This allows the motor 15 to drive and rotate the drive wheel 14c.
  • the motor 15 is connected to a battery, a control device, etc. in the control box 6 via a cable (not shown).
  • the cable is inserted into the arm 14b and connects the motor 15 and the control box 6.
  • the control box 6 is fixed to the frame part on the lower right side of the seat portion 2a1.
  • the control box 6 houses a battery, a control device that controls each part, etc.
  • the drive wheels 14c are supported by the arm 14b so that they can rotate freely around a rotation axis C1 (see Figure 2) that is parallel to the left-right direction.
  • the drive wheels 14c are driven to rotate by the motor 15 while in contact with the road surface.
  • the pair of left and right motors 15 drive the pair of left and right drive wheels 14c, causing the wheelchair section 2 (vehicle body 2a) to move.
  • the drive wheel 14c is disposed between the caster 2c and the main wheel 2b. More specifically, the position of the rotation axis C1 in the front-rear direction is between the rotation axis C2 of the caster 2c and the rotation axis C3 of the main wheel 2b. Therefore, the ground contact position t1 of the drive wheel 14c on the road surface F is located between the ground contact position t2 of the caster 2c and the ground contact position t3 of the main wheel 2b. It is sufficient that the ground contact position t1 of the drive wheel 14c is located in the range from the ground contact position t2 to the ground contact position t3. In other words, it is sufficient that the position of the rotation axis C1 in the front-rear direction is located in the range from the position of the rotation axis C2 to the position of the rotation axis C3.
  • the first operation unit 10 has an operation detection unit 21 in addition to the grip 20.
  • the grip 20 is attached to the tip of the protruding portion 2a4 on the left side of the vehicle.
  • the grip 20 has a tubular portion 20a and a bottom portion 20b.
  • the bottom portion 20b closes the rear opening of the tubular portion 20a.
  • the tubular portion 20a is attached to the outer periphery of the protruding portion 2a4.
  • the tubular portion 20a can move while sliding on the outer periphery of the protruding portion 2a4. Therefore, the grip 20 can move along the axial direction of the protruding portion 2a4.
  • the protruding portion 2a4 extends along the front-rear direction. Therefore, the grip 20 can be held by the operator and can be displaced in the front-rear direction relative to the vehicle body 2a by the operator's operation.
  • the operation detection unit 21 has a function of detecting the position and amount of displacement of the grip 20 in the forward/backward direction as displacement information of the grip 20 in the forward/backward direction.
  • the operation detection unit 21 also has a function of detecting grip information of the grip 20 by the operator from the displacement information of the grip 20 in the forward/backward direction. For this reason, the operation detection unit 21 is a state sensor that detects the operation state or grip state of the operator with respect to the grip 20.
  • the operation detection unit 21 is a potentiometer.
  • the operation detection unit 21 is provided inside the protrusion 2a4.
  • the operation detection unit 21 includes a main body 21a and a rod 21b.
  • the main body 21a is fixed to the protrusion 2a4.
  • the rod 21b extends rearward from the main body 21a.
  • the rod 21b passes through the inside of the tube 20a and the protrusion 2a4.
  • the rod 21b is movable in the axial direction relative to the main body 21a.
  • the operation detection unit 21 detects and outputs the amount of displacement of the rod 21b in the axial direction.
  • the tip 21b1 of the rod 21b is fixed to the bottom 20b. Therefore, the rod 21b moves in the front-rear direction together with the grip 20.
  • the operation detection unit 21 allows the operation detection unit 21 to detect the amount of displacement of the grip 20 in the front-rear direction relative to the vehicle main body 2a.
  • the operation detection unit 21 is connected to a control device described later in the control box 6.
  • the output of the operation detection unit 21 is provided to the control device.
  • a sleeve 22 In addition to the above-mentioned operation detector 21, a sleeve 22, a front bush 23, a rear bush 24, and a spring 25 are provided inside the protruding portion 2a4.
  • the sleeve 22 is a cylindrical member that is inserted into and fixed to the inner circumferential surface of the protruding portion 2a4.
  • the front bush 23, the rear bush 24, and the spring 25 are disposed on the inner circumferential side of the sleeve 22.
  • the front bush 23 has a cylindrical portion 23a and a bottom portion 23b.
  • the cylindrical portion 23a is inserted into and fixed to the inner circumferential surface 22a of the sleeve 22.
  • the bottom portion 23b is provided at the front opening of the cylindrical portion 23a.
  • the bottom portion 23b has a central hole 23b1.
  • the rod 21b is inserted into the central hole 23b1.
  • the rear bush 24 has a cylindrical portion 24a and a bottom portion 24b.
  • the cylindrical portion 24a is inserted into and fixed to the inner circumferential surface 22a of the sleeve 22.
  • the bottom portion 24b is provided at the rear opening of the cylindrical portion 24a.
  • the bottom portion 24b has a central hole 24b1.
  • the rod 21b is inserted into the central hole 24b1.
  • the spring 25 is disposed between the front bush 23 and the rear bush 24.
  • the rod 21b passes through the front bush 23, the rear bush 24, and the spring 25.
  • the rod 21b is provided with a front retainer 26a, a front retaining ring 27a, a rear retainer 26b, and a rear retaining ring 27b.
  • the front retaining ring 27a is provided on the front side of the spring 25.
  • the front retaining ring 27a is fixed to the rod 21b.
  • the front retaining ring 27a is fitted into a circumferential groove provided in the rod 21b.
  • the rear retaining ring 27b is provided on the rear side of the spring 25.
  • the rear retaining ring 27b is also fixed to the rod 21b.
  • the rear retaining ring 27b is fitted into a circumferential groove provided in the rod 21b.
  • the rear retaining ring 27b can move together with the rod 21b in the axial direction.
  • the front retaining ring 27a and the rear retaining ring 27b are fixed to the rod 21b at a fixed distance in the axial direction.
  • Front retainer 26a, rear retainer 26b, and spring 25 are disposed between front retaining ring 27a and rear retaining ring 27b.
  • Front retainer 26a and rear retainer 26b are annular members that are passed through rod 21b.
  • Front retainer 26a and rear retainer 26b hold the front end face and rear end face of spring 25.
  • Front retainer 26a is interposed between front bush 23 and the front end face of spring 25.
  • Rear retainer 26b is interposed between rear bush 24 and the rear end face of spring 25.
  • Neutral position of the grip 20 (a) in Fig. 3 shows the case where the grip 20 is in the neutral position.
  • the grip 20 is in the neutral position when it is not being held by the operator or when the operator is not inputting an operating force.
  • the spring 25 biases the front retainer 26a toward the front bush 23.
  • the spring 25 also biases the rear retainer 26b toward the rear bush 24.
  • the front retainer 26a abuts against the cylindrical portion 23a of the front bush 23.
  • the rear retainer 26b abuts against the cylindrical portion 24a of the rear bush 24.
  • the distance between the front retainer 26 a and the rear retainer 26 b is shorter than the free length of the spring 25 .
  • Front Position of Grip 20 (b) in FIG. 3 shows a case where the grip 20 moves to a front position forward of the neutral position.
  • the rod 21b also moves forward. This causes the output of the operation detection unit 21 to change.
  • the spring 25 is pressed forward by the rear retainer 26b and the rear stop ring 27b. Therefore, the rear retainer 26b moves away from the rear bush 24.
  • the front stop ring 27a abuts against the bottom 23b of the front bush 23, as shown in (b) in FIG. 3. As a result, the front stop ring 27a and the front bush 23 restrict the forward movement of the rod 21b.
  • Rear position of the grip 20 (c) in FIG. 3 shows a case where the grip 20 moves to a rear position rearward from the neutral position.
  • the rod 21b also moves rearward. This causes the output of the operation detection unit 21 to change.
  • the spring 25 is pressed rearward by the front retainer 26a and the front stop ring 27a. Therefore, the front retainer 26a moves away from the front bush 23.
  • the rear stop ring 27b abuts against the bottom 24b of the rear bush 24, as shown in (c) in FIG. 3. As a result, the rear stop ring 27b and the rear bush 24 restrict the rearward movement of the rod 21b.
  • the grip 20 can be elastically moved in the front-rear direction around the neutral position by the spring 25.
  • the range of movement of the grip 20 and rod 21b in the front-rear direction is limited by the front bush 23, the rear bush 24, the front retaining ring 27a, and the rear retaining ring 27b.
  • the electric wheelchair 1 further includes left and right drive speed sensors 17, an inertial sensor 8, a battery 16, and a control device 18.
  • the inertial sensor 8, the battery 16, and the control device 18 are all housed in the control box 6 (see Fig. 1).
  • the drive speed sensor 17 is for detecting the drive speed of the drive wheel 14c.
  • the drive speed sensor 17 is attached to the drive wheel 14c.
  • the drive speed sensor 17 is electrically connected to the control device 18. Therefore, the output of the drive speed sensor 17 is provided to the control device 18.
  • the running speed of the vehicle body 2a of the electric wheelchair 1 can be calculated from the drive speed of the drive wheel 14c. Therefore, the drive speed sensor 17 can be said to be a running speed detection unit that detects the running speed of the vehicle body 2a of the electric wheelchair 1.
  • the inertial sensor 8 is for detecting information related to the inertia acting on the vehicle body 2a.
  • the inertial sensor 8 is, for example, an IMU (Inertial Measurement Unit) and includes at least a three-axis acceleration sensor.
  • the inertial sensor 8 is electrically connected to the control device 18. Therefore, the output of the inertial sensor 8 is provided to the control device 18.
  • the control device 18 determines the inclination angle of the vehicle body 2a in the longitudinal direction based on the output of the inertial sensor 8.
  • the inertial sensor 8 functions as a sensor for detecting the inclination angle of the vehicle body 2a in the longitudinal direction. With this inertial sensor 8, when the road surface is a slope, the inclination angle of the vehicle body 2a can be detected as the slope gradient.
  • the battery 16 supplies power to the pair of motors 15 and to each component that requires operating power.
  • the control device 18 has the function of controlling the drive mechanism 4 (pair of motors 15) by providing command values to the drive mechanism 4, and thus controlling the speed of the vehicle body 2a.
  • the drive mechanism 4 including the pair of motors 15 has a pair of drive circuits 34.
  • Each of the pair of motors 15 includes a motor body 15a and a rotation detector 15b.
  • the motor body 15a includes the main components of a motor, such as a rotor and a stator.
  • the rotation detector 15b is, for example, a Hall sensor provided on the motor body 15a.
  • the rotation detector 15b detects the rotation angle of the rotor of the motor body 15a.
  • the rotation detector 15b is connected to the drive circuit 34 and the control device 18. Therefore, the output of the rotation detector 15b is given to the drive circuit 34 and the control device 18. At this time, the rotation speed of the motor 15 is derived from the rotation angle of the rotor of the motor body 15a.
  • the rotation detector 15b functions as a motor information detection unit that detects motor information related to the rotation speed of the motor 15.
  • the motor information detected by the rotation detector 15b is also information related to the rotation of the drive wheel 14c. Therefore, the rotation detector 15b can also be called a rotation information detection unit that detects information related to the rotation of the drive wheel 14c.
  • the pair of drive circuits 34 are, for example, inverters.
  • the pair of drive circuits 34 may be housed in the control box 6, or may be provided on the base plate 14a or the arm 14b.
  • the pair of drive circuits 34 are connected to the control device 18, the battery 16, and the pair of motors 15.
  • the pair of drive circuits 34 provide power from the battery 16 to the pair of motors 15.
  • the pair of drive circuits 34 have the function of providing drive power to the pair of motors 15 based on a speed command value provided by the control device 18 and the output of the rotation detector 15b, and controlling the motors 15 to rotate at the speed indicated by the speed command value.
  • the pair of drive circuits 34 and the pair of motors 15 are connected by a pair of power lines 34a.
  • the pair of power lines 34a are provided with a pair of current detection units 36.
  • the pair of current detection units 36 are current sensors that detect the current flowing through the pair of power lines 34a. In other words, the pair of current detection units 36 detect the motor current flowing through the pair of motors 15.
  • the pair of current detection units 36 are connected to the control device 18. Therefore, the output of the pair of current detection units 36 is provided to the control device 18.
  • the pair of first operating unit 10 and second operating unit 12 are also connected to the control device 18. As described above, the output of the first operating unit 10 (i.e., the output of the operation detection unit 21) and the output of the second operating unit 12 are provided to the control device 18. In this embodiment, the outputs of the pair of operation detection units 21 are defined as operation inputs of the pair of grips 20 to the control device 18.
  • the control device 18 is configured by a computer or the like that includes a processing unit 38 consisting of a processor or the like, and a storage unit 40 consisting of a memory, a hard disk, or the like.
  • the storage unit 40 stores computer programs to be executed by the processing unit 38 and necessary information.
  • the processing unit 38 realizes the various processing functions of the control device 18 by executing computer programs stored in a computer-readable, non-transitory recording medium such as the storage unit 40.
  • control device 18 controls the drive mechanism 4 in accordance with the control logic shown in FIG.
  • Impedance control and generation of a turning speed command value are performed based on the operation input (displacement amount) of the pair of grips 20.
  • impedance control a spring-damper model described below is used.
  • a basic propulsive force is calculated based on the sum of the operation inputs of the pair of grips 20 (sum of the displacement amounts).
  • a turning speed command value is generated based on the difference between the operation inputs of the pair of grips 20 (difference in the displacement amounts).
  • a total propulsive force is calculated by subtracting an external force and a braking force from the basic propulsive force.
  • the external force is a force that the vehicle body 2a receives from the outside, and is calculated based on the motor current detected by the current detection unit 36 (see FIG. 4).
  • the braking force is calculated using the traveling speed.
  • the traveling speed is calculated from the driving speed detected by the driving speed sensor 17 (see FIG. 4).
  • a speed command value for the motor 15 is generated based on the total propulsive force and the turning speed torque.
  • a speed command value for each of the pair of motors 15 for turning the vehicle body 2a is generated based on the turning speed torque.
  • the turning torque is calculated based on a value obtained by subtracting the yaw rate from the turning speed command value.
  • the yaw rate is the turning speed, and is calculated based on the drive speed of the drive wheels 14c and the wheel spacing of the pair of drive wheels 14c. In other words, the yaw rate is derived by dividing the difference between the drive speeds of the pair of drive wheels 14c by the wheel spacing.
  • P control proportional control
  • the external force used when calculating the total propulsive force is not used when calculating the turning torque. If the external force is not used in the calculation of the turning torque, the turning control is less susceptible to external influences.
  • the speed control of the motor 15 is performed based on the generated speed command value and the drive speed of the drive wheels 14c. That is, a speed command value is generated for each of the pair of drive wheels 14c, and each of the two generated speed command values is applied to each of the pair of motors 15.
  • the known PID control can be used to improve responsiveness.
  • PID control adds feedback control of integral action (I control) and feedback control of differential action (D control) to the above P control.
  • control device 18 Based on the output provided by the pair of first operating units 10, control device 18 generates a speed command value for motor 15 and provides it to a pair of drive circuits 34. In this way, control device 18 controls motor 15.
  • the motor 15 When operator A grips the grip 20 and pushes it forward, the motor 15 is controlled so that the drive wheel 14c assists the forward movement of the electric wheelchair 1. When operator A grips the grip 20 and pulls it backward, the motor 15 is controlled so that the drive wheel 14c assists the backward movement of the electric wheelchair 1. On the other hand, when operator A is in a non-gripping state where he is not gripping the grip 20, or when operator A does not operate the grip 20 in the forward or backward direction from the neutral position, the motor 15 is controlled so as not to drive the drive wheel 14c.
  • control device 18 determines whether operator A is in an operating state or a non-operating state with respect to the grip 20, or whether operator A is in a gripping state or a non-gripping state with respect to the grip 20, and controls the motor 15 according to the operating state or the non-operating state, or according to the gripping state or the non-gripping state.
  • the output from the pair of first operating units 10 indicates the amount of longitudinal displacement of the pair of grips 20 relative to the vehicle body 2a.
  • the control device 18 determines the amount of longitudinal displacement of each of the pair of grips 20 based on the output from the pair of first operating units 10. Note that this amount of displacement is the distance between a reference position (e.g., neutral position) that is preset within the movable range of the grips 20 and the current position of the grips 20. When the reference position and the current position coincide in the longitudinal direction, the amount of displacement is 0 (zero).
  • the control device 18 discretely acquires the amount of displacement of the grips 20 over time and stores it in the memory unit 40.
  • control device 18 controls drive mechanism 4 so that the movement of vehicle body 2a in response to the amount of displacement mimics mechanical impedance characteristics. That is, as shown in FIG. 6, control device 18 controls drive mechanism 4 so that distance H between grip 20 and vehicle body 2a is constant while reproducing a movement in which grip 20 and vehicle body 2a are connected by virtual spring 42 and virtual damper 44.
  • a spring-damper model using virtual spring 42 and damper 44 is used for impedance control (see FIG. 5).
  • Control of the drive mechanism 4 so that the distance H between the grip 20 and the vehicle body 2a is constant includes control to maintain the amount of displacement at 0 (zero) or a predetermined set value.
  • the control device 18 controls the drive mechanism 4 to move the vehicle body 2a forward according to the amount of displacement of the grip 20. For example, when operator A moves forward and the grip 20 is pressed forward, the control device 18 controls the drive mechanism 4 to move the vehicle body 2a forward. Conversely, when operator A moves backward and the grip 20 is pulled backward, the control device 18 controls the drive mechanism 4 to move the vehicle body 2a backward. Also, when the position of the grip 20 is in the reference position (neutral position), the control device 18 controls the drive mechanism 4 to stop the vehicle body 2a.
  • the above spring-damper model is expressed as the following equation (1):
  • the processing unit 38 of the control device 18 calculates a target thrust F th (hereinafter simply referred to as "thrust") by the motor 15 based on the following equation (1).
  • Equation (1) shows the propulsive force Fth after Laplace transformation.
  • K is a virtual spring coefficient
  • D is a virtual damper coefficient
  • is a friction coefficient
  • M is a virtual mass of the electric wheelchair 1
  • v is the traveling speed of the electric wheelchair 1
  • is a coefficient
  • s is a Laplace operator
  • ⁇ 1 and ⁇ 2 are predetermined cutoff frequencies
  • the displacement amount xUI_R and the displacement amount xUI_L are the displacement amounts of the grip 20
  • is a friction coefficient
  • Fop is an external force in the front-rear direction. It is.
  • Equation (1) represents a model for realizing mechanical impedance characteristics.
  • the spring coefficient K in the first term is multiplied by the total displacement of the right grip 20 displacement amount x UI_R and the left grip 20 displacement amount x UI_L .
  • the product of the spring coefficient K and the total displacement amount indicates an elastic term based on the displacement amount. This elastic term is based on the displacement amounts x UI_R and x UI_L of the grip 20.
  • the spring coefficient K is the spring constant of the virtual spring 42 (FIG. 4) and is a constant that is set in advance.
  • the damper coefficient D in the first term is multiplied by the Laplace operator and the total displacement amount.
  • the product of the total displacement amount and the Laplace operator represents the differential value of the displacement amount.
  • the product of the damper coefficient D, the Laplace operator, and the total displacement amount indicates a viscous term based on the differential value of the displacement amount.
  • This viscous term is based on the displacement speed of the grip 20.
  • the damper coefficient D is a coefficient that indicates the viscosity of the virtual damper 44 (see FIG. 6) and is a constant that is set in advance.
  • the first term includes an elastic term based on the displacement amount and a viscous term based on the differential value of the displacement amount.
  • Equation (1) represents the deceleration force in the front-to-rear direction of the vehicle body 2a.
  • the second term finds the frictional force according to the traveling speed v and the deceleration force according to the acceleration. The sum of these is the deceleration force in the longitudinal direction of the vehicle body 2a.
  • the deceleration force in the longitudinal direction of the vehicle body 2a found in the second term is added to the calculation result of the first term.
  • Equation (1) The third term in equation (1) shown below is a term used to make corrections for movement in the forward and backward directions.
  • the coefficient ⁇ in the third term is a variable that changes according to the total displacement amount, and is a coefficient used to calculate the external force F op .
  • this coefficient ⁇ will be referred to as the "feedback coefficient ⁇ ".
  • the external force F op is derived by multiplying the motor current value of the motor 15 and the torque coefficient (motor generated torque per unit current).
  • ⁇ F OP is a value that changes according to the external force in the front-rear direction and the total displacement amount, and is appropriately adjusted according to the external force in the front-rear direction and the total displacement amount.
  • An upper limit value and a lower limit value are set for ⁇ F OP . This makes it possible to suppress deceleration or acceleration more than necessary.
  • processing unit 38 of the control device 18 sequentially executes processing from step S1 to step S9 for controlling the drive mechanism 4.
  • the grip 20 being in a gripped or non-grip state is essentially the same as the grip 20 being in an operated or non-operated state. That is, the operator operates the grip 20 while gripping the grip 20, whereas the operator releases the grip of the grip 20 when releasing the operation of the grip 20.
  • “non-grip judgment” and “grip judgment” are also referred to as “non-operation judgment” and “operation judgment”, respectively
  • “non-grip state” and “grip state” are also referred to as “non-operation state” and “operation state”, respectively.
  • Step S1 in FIG. 7 is a step for determining whether the electric wheelchair 1 is in a traveling state based on information detected by the drive speed sensor 17 (see FIG. 4). If the electric wheelchair 1 is in a traveling state ("Yes" in step S1), the grip 20 is in a state where it is being held or operated by the operator, and the brake lever 11 is in a state where the brake operation by the operator has been released, and the process proceeds to step S2.
  • the non-grip determination process of the grip 20 is a non-operation determination process of the grip 20.
  • a non-grip determination region is set for the grip 20.
  • the non-grip determination region includes the neutral position (see (a) in Fig. 3) which is the initial position of the grip 20.
  • This non-grip determination region is a non-operation determination region.
  • the non-grasping determination process includes steps S1a and S1b.
  • Step S1a is a step for determining whether or not the grip 20 is within the non-grasp judgment area. If the grip 20 is within the non-grasp judgment area ("Yes” at step S1a), the process proceeds to step S1b. On the other hand, if the grip 20 is not within the non-grasp judgment area ("No” at step S1a), a "grasp judgment” is made that the grip 20 is in a grasped state. This grip judgment is also an "operation judgment” that the grip 20 is in an operating state.
  • Step S1b is a step for determining whether or not the displacement speed of the grip 20 is equal to or less than a threshold value. If the displacement speed of the grip 20 is equal to or less than the threshold value ("Yes” in step S1b), a “non-grasping determination” is made that the grip 20 is in an ungrasped state. This non-grasping determination is also a "non-operation determination” that the grip 20 is in an unoperated state. On the other hand, if the displacement speed of the grip 20 exceeds the threshold value ("No” in step S1b), a "grasping determination” is made that the grip 20 is in a gripped state.
  • the threshold value used in step S1b is pre-stored in the memory unit 40.
  • Step S2 in FIG. 7 is a step for determining whether any of the following four conditions are met. If any of the four conditions are met ("Yes” in step S2), proceed to step S3; if not ("No” in step S2), proceed to step S4.
  • the four conditions are conditions related to the switching points of the control parameters used in controlling the motor 15.
  • the first condition in step S2 is that the judgment for the grip 20 has transitioned from a grasping judgment to a grasping judgment.
  • the control device 18 determines that the first condition is met when it determines, based on the non-grasping judgment process, that the operation state of the grip 20 by the operator has switched from a non-grasping state or a non-operating state to a grasping state or an operating state.
  • the second condition in step S2 is that the excessive speed of the vehicle body 2a (electric wheelchair 1) has been resolved.
  • the control device 18 determines that the second condition is met when it detects, based on information from the drive speed sensor 17 (see FIG. 4), that the speed of the vehicle body 2a has gone from exceeding the speed limit to below the speed limit, or when it detects that the state of the motor 15 has switched from a servo-off state to a servo-on state.
  • the motor 15 is in a servo-on state, the operation of the electric wheelchair 1 is assisted by the drive wheels 14c, and when the motor 15 is in a servo-off state, the assistance of the drive wheels 14c to the operation of the electric wheelchair 1 is released.
  • the third condition in step S2 is that the operation of the brake lever 11 by the operator has been released.
  • the control device 18 determines that the third condition is met when it detects, based on information from the brake sensor 11a (see FIG. 4), that the operation state of the brake lever 11 has switched from a brake operation state to a brake operation release state.
  • the fourth condition in step S2 is that the slope gradient ⁇ of the road surface has changed from equal to or greater than the first reference angle ⁇ a to less than a second reference angle ⁇ b that is smaller than the first reference angle ⁇ a (see FIG. 10).
  • the control device 18 determines that the fourth condition is met when it detects, based on information from the inertial sensor 8 (see FIG. 4), that the slope gradient ⁇ has changed from equal to or greater than the first reference angle ⁇ a to less than the second reference angle ⁇ b.
  • Step S3 is a step of gradually increasing (enlarging) the spring coefficient K (see equation (1)) constituting the elastic term of the spring-damper model. As shown in FIG. 11, the spring coefficient is gradually increased from a first value Ka to a second value Kb on the condition that a control parameter switching point is detected.
  • the spring coefficient K is one of the control parameters used to control the motor 15.
  • step S9 the propulsive force of the motor 15 is calculated.
  • the motor 15 is controlled so that the propulsive force of the motor 15 gradually increases. This causes the generated acceleration to change so that it gradually increases. As a result, it is possible to suppress sudden acceleration, in which the acceleration acting on the vehicle body 2a increases suddenly, and thus it is possible to realize a safe operation.
  • Step S4 is a step for determining whether the slope gradient ⁇ of the road surface is less than the first reference angle ⁇ a based on information from the inertial sensor 8. If the slope gradient ⁇ is less than the first reference angle ⁇ a (if "Yes” in step S4), proceed to step S5, and if the slope gradient ⁇ is equal to or greater than the first reference angle ⁇ a (if "No” in step S4), proceed to step S6.
  • step S4 if the slope gradient ⁇ changes from the second reference angle ⁇ b to between the second reference angle ⁇ b and the first reference angle ⁇ a, or if the slope gradient ⁇ changes from the first reference angle ⁇ a to between the second reference angle ⁇ b and the first reference angle ⁇ a, the process proceeds from step S4 to step S5.
  • the slope gradient ⁇ changes from the second reference angle ⁇ b to an angle equal to or greater than the first reference angle ⁇ a, the process proceeds from step S4 to step S6.
  • Step S5 is a step for setting the current control parameters used to control the motor 15 to continue to be used. After execution of step S5, the process proceeds to step S9. Based on steps S5 and S9, the motor 15 is controlled without any changes to the control logic.
  • Step S6 is a step in which, while keeping the spring constant K, the feedback coefficient ⁇ constituting the third term of the above spring-damper model and the upper limit of the speed command value for the motor 15 are both changed.
  • the feedback coefficient ⁇ and the upper limit of the speed command value are both control parameters used to control the motor 15.
  • the feedback coefficient ⁇ is made larger and the upper limit of the speed command value for the motor 15 is made smaller compared to when the slope gradient ⁇ is less than the first reference angle ⁇ a.
  • step S6 When based on step S6, by controlling the motor 15 with the feedback coefficient ⁇ changed to a large value, the propulsive force of the motor 15 is reduced. Also, by controlling the motor 15 with the upper limit of the speed command value of the motor 15 changed to a small value, the motor 15 is not driven so that the rotation speed exceeds the changed upper limit. Therefore, when the slope gradient ⁇ increases to equal to or greater than the first reference angle ⁇ a, the rotation speed of the motor 15 can be limited and the propulsive force of the motor 15 can be reduced. Therefore, the electric wheelchair 1 can be prevented from suddenly accelerating or exceeding the speed limit, thereby achieving safe operation.
  • Step S7 is a step for determining whether the slope gradient ⁇ of the road surface is less than the upper limit reference angle ⁇ c based on information from the inertial sensor 8. If the slope gradient ⁇ is less than the upper limit reference angle ⁇ c (if "Yes” in step S7), proceed to step S9, and if the slope gradient ⁇ is equal to or greater than the upper limit reference angle ⁇ c (if "No” in step S7), proceed to step S8.
  • step S7 For example, if the slope gradient ⁇ is between the first reference angle ⁇ a and the upper limit reference angle ⁇ c (see FIG. 12), the process proceeds from step S7 to step S9. On the other hand, if the slope gradient ⁇ changes from between the first reference angle ⁇ a and the upper limit reference angle ⁇ c to equal to or greater than the upper limit reference angle ⁇ c (see FIG. 13), the process proceeds from step S7 to step S8.
  • Step S8 is a step in which the operation input from the grip 20 is set to 0 (zero), and both the feedback coefficient ⁇ and the upper limit of the speed command value for the motor 15 are changed.
  • step S8 increases the feedback coefficient ⁇ and decreases the upper limit of the speed command value for the motor 15 compared to when the slope gradient ⁇ is less than the upper limit reference angle ⁇ c.
  • the value of the feedback coefficient ⁇ at this time is greater than the value set in step S6.
  • the value of the upper limit of the speed command value at this time is less than the value set in step S6.
  • step S8 the propulsive force of the motor 15 calculated based on the information detected by the operation detection unit 21 becomes zero, and the assist provided by the operation of the grip 20 is turned off.
  • the motor 15 then operates freely with a speed limit imposed based on the upper limit of the speed command value. Therefore, safe operation can be achieved as the slope gradient ⁇ increases to or above the upper limit reference angle ⁇ c.
  • steps S6 and S8 the cases are described in which the values of both control parameters, the feedback coefficient ⁇ and the upper limit of the speed command value of the motor 15, are changed, but if necessary, it is also possible to change the value of at least one of the two control parameters.
  • reference angles for slope gradient In this embodiment, three reference angles for slope gradient (first reference angle ⁇ a, second reference angle ⁇ b, and upper limit reference angle ⁇ c) are defined.
  • the values of each reference angle are not particularly limited, but as an example, the feedback coefficient ⁇ and the upper limit of the speed command value can be set with the first reference angle ⁇ a set to 15 degrees, the second reference angle ⁇ b set to 13 degrees, and the upper limit reference angle ⁇ c set to 25 degrees, respectively.
  • the upper limit of the speed command value When the slope gradient is equal to or less than the second reference angle ⁇ b, the upper limit of the speed command value can be set to 6 [km/h], when the slope gradient is equal to or greater than the first reference angle ⁇ a and less than the upper limit reference angle ⁇ c, the upper limit of the speed command value can be set to 3 [km/h], and when the slope gradient is equal to or greater than the upper limit reference angle ⁇ c, the upper limit of the speed command value can be set to 0.5 [km/h].
  • the feedback coefficient ⁇ When the slope gradient is equal to or greater than the first reference angle ⁇ a and less than the upper limit reference angle ⁇ c, the feedback coefficient ⁇ can be set to 0.5, and when the slope gradient is equal to or greater than the upper limit reference angle ⁇ c, the feedback coefficient ⁇ can be set to 5. When a non-gripping determination is made or when the brake lever 11 is being braked, the feedback coefficient ⁇ can be set to 0 (zero), and when a gripping determination is made, the feedback coefficient ⁇ can be set to 0.5.
  • the value of the feedback coefficient ⁇ may be changed so that it is larger as the slope gradient is larger, and the value of the feedback coefficient ⁇ may be changed so that it is larger as the running speed of the vehicle body 2a is larger.
  • the feedback coefficient ⁇ when the slope gradient is equal to or larger than the first reference angle ⁇ a and smaller than the upper reference angle ⁇ c, the feedback coefficient ⁇ may be set to 0.5 on the condition that the running speed of the vehicle body 2a is equal to or smaller than the upper limit of the speed command value (e.g., 3 [km/h]), and the feedback coefficient ⁇ may be set to 1 on the condition that the running speed of the vehicle body 2a exceeds the upper limit of the speed command value.
  • the upper limit of the speed command value e.g. 3 [km/h]
  • the feedback coefficient ⁇ may be set to 5 on the condition that the running speed of the vehicle body 2a is equal to or smaller than the upper limit of the speed command value (e.g., 0.5 [km/h]), and the feedback coefficient ⁇ may be set to 10 on the condition that the running speed of the vehicle body 2a exceeds the upper limit of the speed command value. This allows the feedback coefficient ⁇ to be set finely according to the change in slope gradient and the change in the running speed of the vehicle body 2a.
  • the upper limit of the speed command value e.g., 0.5 [km/h]
  • control device 18 is configured to change the control parameters used to control the motor 15 when a predetermined change in the operating state of the operator A or a predetermined change in the slope gradient occurs.
  • the operation detection unit 21 is used to perform the non-grasping determination, but a means other than the operation detection unit 21 may be used.
  • An example of the other means is a pressure sensor provided in the grip 20. For example, when the pressure detected by the pressure sensor is below a threshold, it can be determined that the state is non-grasping, and when the pressure is equal to or greater than the threshold, it can be determined that the state is gripping.

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Abstract

電動車椅子(1)は、車両本体(2a)と、車両本体(2a)を走行させる駆動輪(14c)と、駆動輪(14c)を駆動するモータ(15)と、操作者により把持可能であり操作者の操作により車両本体(2a)の前後方向に変位可能なグリップ(20)と、グリップ(20)の前後方向の位置を検出する操作検出部(21)と、操作検出部(21)が検出した前記位置に基づいてモータ(15)を制御する制御装置(18)と、を備え、制御装置(18)は、操作者による操作状態の所定変化又は坂道勾配の所定変化が生じた際に、モータ(15)の制御に使用する制御パラメータを変更する。

Description

電動車椅子
 本開示は、電動車椅子に関する。
 下記特許文献1、2には、操作者の操作に応じた推進力を付与するように構成された電動車椅子が記載されている。当該電動車椅子においては、操作者が把持するグリップが前後方向に移動可能に設けられており、グリップの変位に応じて推進力を付与する。
特開平10-118125号公報 特開平10-336803号公報
 この種の電動車椅子の設計においては、例えば、発進時や坂道走行時に走行状態が変化した場合において、安全性の観点から急加速したり速度超過が生じたりしないようにすることが望まれる。
 本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、操作者の操作状態が変化したり坂道勾配が変化したりした場合の安全性に優れた電動車椅子を提供しようとするものである。
 本発明の一態様は、
 車両本体と、
 前記車両本体を走行させる駆動輪と、
 前記駆動輪を駆動するモータと、
 操作者により把持可能であり前記操作者の操作により前記車両本体の前後方向に変位可能なグリップと、
 前記グリップの前記前後方向の位置を検出する操作検出部と、
 前記操作検出部が検出した前記位置に基づいて前記モータを制御する制御装置と、を備え、
 前記制御装置は、前記操作者による操作状態の所定変化又は坂道勾配の所定変化が生じた際に、前記モータの制御に使用する制御パラメータを変更する、電動車椅子、
にある。
 上述の態様の電動車椅子によれば、制御装置は、操作者の操作状態の所定変化又は坂道勾配の所定変化が生じた際に、モータの制御に使用する制御パラメータを変更するように構成されている。
 本構成によれば、操作者の操作状態の所定変化又は坂道勾配の所定変化に応じて、例えば、電動車椅子が急加速したり速度超過が生じたりするのを抑制するように、モータの制御パラメータを適宜に変更することによって、安全性を有する動作を実現できる。
 以上のごとく、上述の態様によれば、操作者の操作状態が変化したり坂道勾配が変化したりした場合の安全性に優れた電動車椅子を提供することができる。
 なお、請求の範囲に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
 本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら説明する下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図1は、実施形態に係る電動車椅子の斜視図であり、 図2は、車両本体の右側に配置される駆動ユニットを車両本体の左右方向中央からみたときの図であり、 図3は、第1操作部の断面図であり、 図4は、電動車椅子における、モータの動作制御を行うための構成例を示すブロック図であり、 図5は、制御装置による駆動機構の制御ロジックを説明するための図であり、 図6は、操作者が電動車椅子を操作するときの様子を模式的に示す図であり、 図7は、制御装置が実行する処理を示すフローチャートであり、 図8は、グリップの非把持判定領域を説明するための図であり、 図9は、非把持判定処理を示すフローチャートであり、 図10は、坂道勾配が第1基準角度以上から第1基準角度よりも小さい第2基準角度未満へと推移するときの様子を模式的に示す図であり、 図11は、バネ係数の変更パターンを示すグラフであり、 図12は、坂道勾配が第1基準角度と上限基準角度との間にあるときの様子を模式的に示す図であり、 図13は、坂道勾配が第1基準角度と上限基準角度との間から上限基準角度以上へと推移するときの様子を模式的に示す図である。
 以下、上述の態様の一実施形態である電動車椅子について、図面を参照しつつ説明する。
(実施形態)
1.電動車椅子1の全体構造
 図1に示されるように、実施形態の電動車椅子1は、操作者による操作によって走行する電動車両である。この電動車椅子1の走行は、電動駆動式の駆動輪14cによって補助される。
 電動車椅子1は、車椅子部2と、駆動機構4と、コントロールボックス6と、第1操作部10と、第2操作部12と、を備える。車椅子部2は、一般的な車椅子であり、主に金属製のパイプ等のフレームで構成された車両本体2aと、一対の主輪2bと、一対のキャスタ2cと、を備える。一対のキャスタ2cは、車両本体2aの左右両側に設けられている。一対の主輪2bも、車両本体2aの左右両側に設けられている。一対の主輪2bは、一対のキャスタ2cの後方に設けられている。よって、一対の主輪2bは後輪である。また、一対のキャスタ2cは前輪である。
 車両本体2aは、搭乗者が着座する座部2a1と、背もたれ部2a2と、を有する。車両本体2aは、左右一対の支持パイプ2a3を有する。一対の支持パイプ2a3は、背もたれ部2a2を支持する。一対の支持パイプ2a3の上端には、一対の突出部2a4が設けられている。一対の突出部2a4は、背もたれ部2a2から後方に突出している。一対の突出部2a4は、後端に開口を有するパイプである。一対の第1操作部10は、一対の突出部2a4に設けられている。よって、一対の第1操作部10は、背もたれ部2a2の左右上方に配置されている。一対の第1操作部10は、それぞれ、グリップ20を有する。第2操作部12は、右側の突出部2a4に設けられている。第2操作部12には、操作者の操作を受け付けるための複数の操作スイッチ12aが設けられている。複数の操作スイッチ12aには、電源をオンオフするための操作スイッチと、駆動機構4の状態を、電動車椅子1の動作のアシストを開始した状態と、当該アシストを終了した状態と、の間で切り替えるための操作スイッチと、が含まれている。
 第1操作部10には、ブレーキレバー11と、ブレーキレバー11のブレーキ操作及びブレーキ解除操作を検知するためのブレーキセンサ11aと、が設けられている。ブレーキレバー11は、車両本体2aを機械的に制動するために操作者により操作されるブレーキ操作部である。操作者によるブレーキレバー11のブレーキ操作によって駆動輪14c又は主輪2bに機械的にブレーキ力が付与される。ブレーキセンサ11aは、操作者によるブレーキレバー11のブレーキ操作を検出するブレーキ検出部である。操作者によってブレーキレバー11のブレーキ操作がなされたことは、ブレーキセンサ11aがブレーキ操作状態になることによって検出される。一方で、操作者によってブレーキレバー11のブレーキ解除操作がなされたことは、ブレーキセンサ11aがブレーキ操作解除状態となることによって検出される。
 以下の説明では、搭乗者が電動車椅子1に乗車したときに当該搭乗者の正面が向く方向(背もたれ部2a2が正面を向く方向)を前方向、その反対方向を後方向とする。よって、搭乗者は、電動車椅子1の前方を向いて乗車する。また、搭乗者から見て左側へ向く方向を左方向、搭乗者から見て右側へ向く方向を右方向とする。
 駆動機構4は、一対の駆動ユニット14を含む。一対の駆動ユニット14は、車両本体2aの左右に固定されている。一対の駆動ユニット14は、一対の主輪2bの車両内方側に配置されている。左右一対の駆動ユニット14は、それぞれ、ベースプレート14aと、アーム14bと、駆動輪14cと、モータ15と、ティッピングバー13と、を有する。
2.駆動ユニット14の構造
 図1及び図2に示されるように、ベースプレート14aは、車両本体2aのフレームに固定される。これにより、駆動ユニット14は、車椅子部2に装着される。ティッピングバー13は、ベースプレート14aの後端に設けられている。ティッピングバー13は、電動車椅子1を後方から操作する操作者による段差乗り越え操作のときに操作者の脚によって踏み込まれる部材である。操作者がティッピングバー13を踏み込むことで、主輪2bを支点としてキャスタ2cが上方へ持ち上げられる。
 アーム14bは、ベースプレート14aの車両内方側に設けられている。アーム14bは、上下方向に揺動可能にベースプレート14aに固定されている。アーム14bは、所定の角度範囲で揺動可能である。アーム14bの先端部には、モータ15と、駆動輪14cとが設けられている。アーム14bは、駆動輪14cを回転自在に支持する。アーム14bは、駆動輪14cを下方向へ向けて弾性的に付勢している。これにより、アーム14bは、駆動輪14cを路面に押圧して接地させる。
 モータ15は、インホイールモータであり、駆動輪14cの内部に設けられている。モータ15が有するロータ(図示省略)は、駆動輪14cと一体回転可能である。また、モータ15が有するステータ(図示省略)は、アーム14b側に固定される。これにより、モータ15は、駆動輪14cを回転駆動する。モータ15は、ケーブル(図示省略)を介してコントロールボックス6内のバッテリや制御装置等に接続されている。前記ケーブルは、アーム14b内に挿通され、モータ15とコントロールボックス6を繋ぐ。コントロールボックス6は、座部2a1の下方右側のフレーム部分に固定されている。コントロールボックス6には、バッテリや各部を制御する制御装置等が収容されている。
 駆動輪14cは、左右方向に平行な回転軸C1(図2を参照)回りに回転自在にアーム14bに支持されている。駆動輪14cは、路面に接地した状態で、モータ15によって回転駆動される。左右一対のモータ15が左右一対の駆動輪14cを駆動することで、車椅子部2(車両本体2a)が走行する。
 図2に示されるように、駆動輪14cは、キャスタ2cと主輪2bとの間に配置されている。より具体的には、前後方向における回転軸C1の位置は、キャスタ2cの回転軸C2と、主輪2bの回転軸C3との間である。よって、路面Fにおける駆動輪14cの接地位置t1は、キャスタ2cの接地位置t2と、主輪2bの接地位置t3との間に位置している。駆動輪14cの接地位置t1は、接地位置t2から接地位置t3までの範囲に位置していればよい。言い換えると、前後方向における回転軸C1の位置は、回転軸C2の位置から回転軸C3の位置までの範囲に位置していればよい。
3.第1操作部10の構造
 図3中の(a)に示されるように、第1操作部10は、グリップ20の他、操作検出部21を有する。グリップ20は、車両左側の突出部2a4の先端部に装着されている。グリップ20は、筒部20aと、底部20bと、を有する。底部20bは、筒部20aの後方側の開口を塞いでいる。筒部20aは、突出部2a4の外周側に装着される。筒部20aは、突出部2a4の外周面をスライドしつつ移動可能である。よって、グリップ20は、突出部2a4の軸方向に沿って移動可能である。突出部2a4は、前後方向に沿って延びている。よって、グリップ20は、操作者により把持可能であり操作者の操作により車両本体2aに対して前後方向に変位可能である。
 操作検出部21は、グリップ20の前後方向の変位情報として、グリップ20の前後方向の位置及び変位量を検出する機能を有する。また、操作検出部21は、グリップ20の前後方向の変位情報から、操作者によるグリップ20の把持情報をも検出する機能を有する。このため、操作検出部21は、操作者のグリップ20に対する操作状態または把持状態を検出する状態センサとされる。
 本形態において、操作検出部21はポテンショメータである。操作検出部21は、突出部2a4の内部に設けられている。操作検出部21は、本体部21aと、ロッド21bと、を備える。本体部21aは、突出部2a4に固定されている。ロッド21bは、本体部21aから後方向に延びている。ロッド21bは、筒部20a及び突出部2a4の内部を通過する。ロッド21bは、本体部21aに対して軸方向に相対移動可能である。操作検出部21は、ロッド21bの軸方向の変位量を検出し出力する。ロッド21bの先端部21b1は、底部20bに固定されている。よって、ロッド21bはグリップ20と一体に前後方向に移動する。これにより、操作検出部21は、車両本体2aに対するグリップ20の前後方向の変位量を検出することができる。操作検出部21は、コントロールボックス6内の後述する制御装置に接続されている。操作検出部21の出力は、制御装置へ与えられる。
 突出部2a4の内部には、上述の操作検出部21の他、スリーブ22と、前ブッシュ23と、後ブッシュ24と、スプリング25と、が設けられている。スリーブ22は、円筒状の部材であり、突出部2a4の内周面に挿入され、固定されている。前ブッシュ23、後ブッシュ24、及びスプリング25は、スリーブ22の内周側に配置されている。
 前ブッシュ23は、円筒部23aと、底部23bと、を有する。円筒部23aは、スリーブ22の内周面22aに挿入され、固定されている。底部23bは、円筒部23aの前側の開口に設けられている。底部23bは、中心孔23b1を有する。中心孔23b1には、ロッド21bが挿通される。後ブッシュ24は、円筒部24aと、底部24bと、を有する。円筒部24aは、スリーブ22の内周面22aに挿入され、固定されている。底部24bは、円筒部24aの後側の開口に設けられている。底部24bは、中心孔24b1を有する。中心孔24b1には、ロッド21bが挿通される。
 スプリング25は、前ブッシュ23と、後ブッシュ24との間に配置されている。よって、ロッド21bは、前ブッシュ23、後ブッシュ24、及びスプリング25を貫通している。ロッド21bには、前リテーナ26aと、前止め輪27aと、後リテーナ26bと、後止め輪27bと、が設けられている。前止め輪27aは、スプリング25の前側に設けられている。前止め輪27aは、ロッド21bに固定されている。前止め輪27aは、ロッド21bに設けられた周溝に嵌め込まれている。よって、前止め輪27aは、ロッド21bと軸方向に一体に移動可能である。後止め輪27bは、スプリング25の後側に設けられている。後止め輪27bも、ロッド21bに固定されている。後止め輪27bは、ロッド21bに設けられた周溝に嵌め込まれている。よって、後止め輪27bは、ロッド21bと軸方向に一体に移動可能である。つまり、前止め輪27aと、後止め輪27bとは、軸方向に一定の間隔を置いてロッド21bに固定されている。
 前リテーナ26a、後リテーナ26b、及びスプリング25は、前止め輪27aと、後止め輪27bとの間に配置されている。前リテーナ26a及び後リテーナ26bは、ロッド21bに貫通された円環状の部材である。前リテーナ26a及び後リテーナ26bは、スプリング25の前端面及び後端面を保持する。前リテーナ26aは、前ブッシュ23とスプリング25の前端面との間に介在している。後リテーナ26bは、後ブッシュ24とスプリング25の後端面との間に介在している。
4.グリップ20の中立位置
 図3中の(a)は、グリップ20が中立位置の場合を示している。グリップ20は、操作者に把持されていない状態のときや、操作者による操作力の入力がないときに、中立位置となる。グリップ20が中立位置の場合、スプリング25は、前リテーナ26aを前ブッシュ23へ向けて付勢する。また、スプリング25は、後リテーナ26bを後ブッシュ24へ向けて付勢する。このとき、前リテーナ26aは、前ブッシュ23の円筒部23aに当接する。また、後リテーナ26bは、後ブッシュ24の円筒部24aに当接する。
 つまり、グリップ20が中立位置の場合、前リテーナ26aと後リテーナ26bとの間の間隔は、スプリング25の自由長よりも短い。
5.グリップ20の前側位置
 図3中の(b)は、グリップ20が中立位置よりも前方の前側位置へ移動した場合を示している。グリップ20が中立位置から前方へ移動すると、ロッド21bも前方へ移動する。これにより、操作検出部21の出力は変化する。グリップ20及びロッド21bが中立位置よりも前方へ移動すると、スプリング25は後リテーナ26b及び後止め輪27bによって前方へ押圧される。よって、後リテーナ26bは、後ブッシュ24から離間する。グリップ20がさらに前方に移動すると、図3中の(b)に示されるように、前止め輪27aが前ブッシュ23の底部23bに当接する。これにより、前止め輪27a及び前ブッシュ23は、ロッド21bの前方への移動を制限する。
6.グリップ20の後側位置
 図3中の(c)は、グリップ20が中立位置よりも後方の後側位置へ移動した場合を示している。グリップ20が中立位置から後方へ移動すると、ロッド21bも後方へ移動する。これにより、操作検出部21の出力は変化する。グリップ20及びロッド21bが中立位置よりも後方へ移動すると、スプリング25は前リテーナ26a及び前止め輪27aによって後方へ押圧される。よって、前リテーナ26aは、前ブッシュ23から離間する。グリップ20がさらに後方へ移動すると、図3中の(c)に示されるように、後止め輪27bが後ブッシュ24の底部24bに当接する。これにより、後止め輪27b及び後ブッシュ24は、ロッド21bの後方への移動を制限する。
 上記構成により、グリップ20は、スプリング25によって、中立位置を中心に弾性的に前後方向に弾性的に移動可能である。また、グリップ20及びロッド21bの前後方向の移動範囲は、前ブッシュ23、後ブッシュ24、前止め輪27a、及び、後止め輪27bによって制限される。
7.電動車椅子1の構成
 図4に示されるように、電動車椅子1は、左右の駆動速度センサ17と、慣性センサ8と、バッテリ16と、制御装置18と、をさらに備える。慣性センサ8、バッテリ16、及び制御装置18は、ともにコントロールボックス6(図1を参照)に収容される。
 駆動速度センサ17は、駆動輪14cの駆動速度を検出するためのものである。駆動速度センサ17は、駆動輪14cに取り付けられている。駆動速度センサ17は、制御装置18に電気的に接続されている。このため、駆動速度センサ17の出力は、制御装置18へ与えられる。駆動輪14cの駆動速度から、電動車椅子1の車両本体2aの走行速度を演算することができる。このため、駆動速度センサ17を、電動車椅子1の車両本体2aの走行速度を検出する走行速度検出部ということができる。
 慣性センサ8は、車両本体2aに作用する慣性に関する情報を検出するためのものである。本形態において、慣性センサ8は、例えば、IMU(Inertial Measurement Unit:慣性計測ユニット)であり、少なくとも、3軸加速度センサを含む。慣性センサ8は、制御装置18に電気的に接続されている。このため、慣性センサ8の出力は、制御装置18へ与えられる。制御装置18は、慣性センサ8の出力に基づいて車両本体2aの前後方向の傾斜角度を求める。つまり、慣性センサ8は、車両本体2aの前後方向の傾斜角度を検出するためのセンサとして機能する。この慣性センサ8によれば、路面が坂道である場合に車両本体2aの傾斜角度を坂道勾配として検出することができる。
 バッテリ16は、一対のモータ15や、動作電力を必要とする各部に電力を供給する。制御装置18は、指令値を駆動機構4へ与えることで駆動機構4(一対のモータ15)を制御し、車両本体2aの速度を制御する機能を有する。
 一対のモータ15を含む駆動機構4は、一対の駆動回路34を有する。また、一対のモータ15は、それぞれ、モータ本体15aと、回転検出器15bとを備える。モータ本体15aは、ロータやステータ等モータとしての主要構成を含む。回転検出器15bは、例えば、モータ本体15aに設けられたホールセンサである。回転検出器15bは、モータ本体15aのロータの回転角度を検出する。回転検出器15bは、駆動回路34及び制御装置18に接続されている。このため、回転検出器15bの出力は、駆動回路34及び制御装置18へ与えられる。このとき、モータ本体15aのロータの回転角度からモータ15の回転速度が導出される。このため、回転検出器15bは、モータ15の回転速度に関するモータ情報を検出するモータ情報検出部としての機能を有する。また、回転検出器15bが検出するモータ情報は、駆動輪14cの回転に関する情報でもある。このため、回転検出器15bを、駆動輪14cの回転に関する情報を検出する回転情報検出部ということもできる。
 一対の駆動回路34は、例えば、インバータである。一対の駆動回路34は、コントロールボックス6内に収容されていてもよいし、ベースプレート14aや、アーム14bに設けられていてもよい。一対の駆動回路34は、制御装置18、バッテリ16、及び一対のモータ15に接続されている。一対の駆動回路34は、バッテリ16の電力を一対のモータ15へ与える。一対の駆動回路34は、制御装置18から与えられる速度指令値及び回転検出器15bの出力に基づいて、一対のモータ15へ駆動電力を与え、速度指令値が示す回転速度となるようにモータ15を制御する機能を有する。
 一対の駆動回路34、及び、一対のモータ15(モータ本体15a)は、一対の電力線34aによって接続されている。一対の電力線34aには、一対の電流検出部36が設けられている。一対の電流検出部36は、一対の電力線34aを流れる電流を検出する電流センサである。つまり、一対の電流検出部36は、一対のモータ15に流れるモータ電流を検出する。一対の電流検出部36は、制御装置18に接続されている。このため、一対の電流検出部36の出力は、制御装置18へ与えられる。
 一対の第1操作部10及び第2操作部12も制御装置18に接続されている。上述のように、第1操作部10の出力(すなわち、操作検出部21の出力)、及び第2操作部12の出力は、制御装置18へ与えられる。本形態では、一対の操作検出部21の出力は、制御装置18に対する、一対のグリップ20の操作入力と定義される。
 制御装置18は、プロセッサ等からなる処理部38と、メモリやハードディスク等からなる記憶部40と、を備えるコンピュータ等により構成される。記憶部40には、処理部38に実行させるためのコンピュータプログラムや、必要な情報が記憶されている。処理部38は、記憶部40のようなコンピュータ読み取り可能な非一過性の記録媒体に記憶されたコンピュータプログラムを実行することで、制御装置18が有する各種処理機能を実現する。
8.制御装置18の構成
 制御装置18は、図5に示される制御ロジックにしたがって駆動機構4の制御を実行する。
 一対のグリップ20の操作入力(変位量)に基づいて、インピーダンス制御及び旋回速度指令値生成が実行される。インピーダンス制御では、後述のバネ・ダンパモデルを使用する。インピーダンス制御によれば、一対のグリップ20の操作入力の和(変位量の和)に基づいて基本推進力が演算される。これに対して、一対のグリップ20の操作入力の差(変位量の差)に基づいて、旋回速度指令値が生成される。基本推進力から、外力とブレーキ力を減算することによって総合推進力が演算される。外力は、車両本体2aが外部から受ける力であり、電流検出部36(図4を参照)で検出されるモータ電流に基づいて演算される。ブレーキ力は、走行速度を用いて演算される。走行速度は、駆動速度センサ17(図4を参照)で検出される駆動速度から演算される。
 上記総合推進力と、旋回速トルクと、に基づいて、モータ15に対する速度指令値が生成される。車両本体2aを旋回させるための一対のモータ15のそれぞれの速度指令値を旋回速トルクに基づいて生成する。旋回トルクは、旋回速度指令値からヨーレートを減算した値に基づいて演算される。ヨーレートは、旋回速度であり、駆動輪14cの駆動速度と、一対の駆動輪14cの車輪間隔と、に基づいて演算される。すなわち、一対の駆動輪14cの駆動速度の差を車輪間隔で除することによってヨーレートが導出される。なお、旋回トルクの演算処理では、現在の出力値と目標値との偏差に比例した調節を行う比例制御(P制御)を使用するのが好ましい。これにより、旋回トルクの演算処理を簡素化できる。また、本形態では、総合推進力を演算するときに使用する外力を、旋回トルクを演算するときには使用しない。外力を旋回トルクの演算に使用しないようにすれば、旋回制御が外部の影響を受けにくくなる。
 そして、生成した速度指令値と、駆動輪14cの駆動速度と、に基づいて、モータ15の速度制御を実行する。すなわち、速度指令値は一対の駆動輪14cのそれぞれについて生成され、生成した2つの速度指令値のそれぞれが一対のモータ15のそれぞれに適用される。この速度制御では、応答性の向上を図るために、例えば、既知のPID制御を利用することができる。PID制御は、上記P制御に、積分動作のフィードバック制御(I制御)と、微分動作のフィードバック制御(D制御)と、を加えたものである。
 図6に示されるように、操作者Aは、電動車椅子1を路面Fに沿って移動させたい場合、電動車椅子1の操作者Aは、一対の第1操作部10それぞれのグリップ20を左右の手で把持して操作する。このとき、一対のグリップ20が車両本体2aに対して前後方向に相対移動する。一対の第1操作部10は、一対のグリップ20の移動に応じた出力を制御装置18へ与える。制御装置18は、一対の第1操作部10から与えられる出力に基づいて、モータ15に対する速度指令値を生成し、一対の駆動回路34へ与える。このようにして、制御装置18はモータ15を制御する。
 操作者Aがグリップ20を把持して前方へ押すように操作することで、電動車椅子1の前進動作を駆動輪14cがアシストするようにモータ15が制御される。また、操作者Aがグリップ20を把持して後方へ引くように操作することで、電動車椅子1の後退動作を駆動輪14cがアシストするようにモータ15が制御される。これに対して、操作者Aがグリップ20を把持しない非把持状態である場合、又は操作者Aがグリップ20を中立位置から前後方向に操作しない場合には、駆動輪14cを駆動しないようにモータ15が制御される。このように、制御装置18は、操作者Aがグリップ20に対して操作状態と非操作状態のいずれの状態であるか、又は、操作者Aがグリップ20に対して把持状態と非把持状態のいずれの状態であるかを判定し、操作状態と非操作状態に応じて、又は、把持状態と非把持状態に応じて、モータ15を制御する。
 一対の第1操作部10からの出力は、車両本体2aに対する一対のグリップ20の前後方向の変位量を示す。制御装置18は、一対の第1操作部10の出力に基づいて、一対のグリップ20それぞれの前後方向の変位量を求める。なお、この変位量とは、グリップ20の可動範囲内に予め設定された基準位置(例えば、中立位置)と、グリップ20の現在位置との間の距離である。前記基準位置と現在位置とが前後方向で一致する場合、変位量は0(ゼロ)となる。制御装置18は、グリップ20の変位量を経過時間に沿って離散的に取得し記憶部40に記憶する。
 操作者Aが第1操作部10及び第2操作部12を把持して操作する場合において、制御装置18は、変位量に対する車両本体2aの動きが、機械的なインピーダンス特性を模擬するような動きとなるように、駆動機構4を制御する。すなわち、制御装置18は、図6に示されるように、グリップ20と車両本体2aとが、仮想的なバネ42、及び仮想的なダンパ44で接続されているような動きを再現しつつ、グリップ20と、車両本体2aとの間の距離Hが一定となるように、駆動機構4を制御する。本形態では、インピーダンス制御(図5を参照)に、仮想的なバネ42及びダンパ44によるバネ・ダンパモデルを使用している。
 グリップ20と、車両本体2aとの間の距離Hが一定となるような駆動機構4の制御には、変位量を0(ゼロ)、又は所定の設定値に維持するような制御が含まれる。これにより、制御装置18は、グリップ20の変位量に応じて車両本体2aを進行させるように駆動機構4を制御する。例えば、操作者Aが前進しグリップ20が前方へ押圧されると、制御装置18は、車両本体2aを前進させるように駆動機構4を制御する。逆に、操作者Aが後退しグリップ20が後方へ引かれると、制御装置18は、車両本体2aを後退させるように駆動機構4を制御する。また、グリップ20の位置が基準位置(中立位置)の場合、制御装置18は、車両本体2aを停止させるように駆動機構4を制御する。
 上記バネ・ダンパモデルは、下記式(1)として示される。制御装置18の処理部38は、下記式(1)に基づいて、モータ15による目標推進力Fth(以下、単に「推進力」という。)を求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 式(1)は、ラプラス変換された推進力Fthを示す。式(2)中、Kは仮想的なバネ係数、Dは仮想的なダンパ係数、μは摩擦係数、Mは電動車椅子1の仮想質量、vは電動車椅子1の走行速度、αは係数、sはラプラス演算子、ω1,ω2は所定の遮断周波数、変位量xUI_R,変位量xUI_Lはグリップ20の変位量、μは摩擦係数、Fopは前後方向の外力である。
である。
 式(1)中の下記に示す第1項は、機械的なインピーダンス特性を実現するためのモデルを表している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 第1項中のバネ係数Kには、右側のグリップ20の変位量xUI_Rと左側のグリップ20変位量xUI_Lとの合計変位量が乗算される。バネ係数Kと合計変位量との積は、変位量に基づく弾性項を示す。この弾性項は、グリップ20の変位量xUI_R,xUI_Lに基づくものである。バネ係数Kは、仮想的なバネ42(図4)のバネ定数であり、予め設定される定数である。第1項中のダンパ係数Dには、ラプラス演算子と、合計変位量とが乗算される。合計変位量と、ラプラス演算子との積は、変位量の微分値を表している。よって、ダンパ係数Dと、ラプラス演算子と、合計変位量との積は、変位量の微分値に基づく粘性項を示す。この粘性項は、グリップ20の変位速度に基づくものである。ダンパ係数Dは、仮想的なダンパ44(図6を参照)の粘度を示す係数であり、予め設定される定数である。このように、第1項は、変位量に基づく弾性項及び変位量の微分値に基づく粘性項を含む。
 式(1)中の下記に示す第2項は、車両本体2aの前後方向の減速力を表している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 第2項では、走行速度vに応じた摩擦力と、加速度に応じた減速力と、が求められる。これらの和が車両本体2aの前後方向の減速力となる。第2項で求められる車両本体2aの前後方向の減速力は、第1項の演算結果に加算される。
 式(1)中の下記に示す第3項は、前後方向の動作に対する補正を行うための項である。
 第3項:   -αFop
 第3項中の係数αは、前記合計変位量に応じて変化する変数であり、外力Fopを演算するために使用する係数である。以下、この係数αを「フィードバック係数α」と称する。外力Fopは、モータ15のモータ電流値とトルク係数(単位電流当たりのモータ発生トルク)との積算によって導出される。αFOPは、前後方向の外力と合計変位量とによって変化する値であり、前後方向の外力と合計変位量とに応じて適切に調整される。αFOPには、上限値及び下限値が設定されている。これによって、必要以上に減速したり、加速したりするのを抑制することができる。
9.制御装置18の処理
 図7に示されるように、制御装置18の処理部38は、駆動機構4の制御についてステップS1からステップS9までの処理を順次実行する。
 なお、グリップ20が把持状態または非把持状態であることは、グリップ20が操作状態または非操作状態であることと実質的に同じである。すなわち、操作者はグリップ20を把持した状態でグリップ20を操作する一方で、操作者はグリップ20の操作を解除するときにグリップ20の把持を解除する。このため、本明細書では、「非把持判定」及び「把持判定」のそれぞれを「非操作判定」及び「操作判定」ともいい、「非把持状態」及び「把持状態」のそれぞれを「非操作状態」及び「操作状態」ともいう。
 図7のステップS1は、電動車椅子1が走行状態であるか否かを駆動速度センサ17(図4を参照)で検知された情報に基づいて判定するステップである。電動車椅子1が走行状態である場合(ステップS1の「Yes」の場合)には、グリップ20の状態が操作者による把持状態又は操作状態であり、且つ、ブレーキレバー11の状態が操作者によるブレーキ操作解除状態であるとして、ステップS2にすすむ。
10.非把持判定処理
 グリップ20の非把持判定処理は、グリップ20の非操作判定処理である。この非把持判定処理について、本形態では、図8に示されるように、グリップ20に対して非把持判定領域を設定している。非把持判定領域には、グリップ20の初期位置である中立位置(図3中の(a)を参照)が含まれる。この非把持判定領域は、非操作判定領域である。
 図9に示されるように、非把持判定処理には、ステップS1a及びステップS1bが含まれる。
 ステップS1aは、グリップ20が非把持判定領域内にあるか否かを判定するステップである。グリップ20が非把持判定領域内にある場合(ステップS1aの「Yes」の場合)にステップステップS1bにすすむ。一方で、グリップ20が非把持判定領域内ない場合(ステップS1aの「No」の場合)にグリップ20が把持状態であるという「把持判定」を行う。この把持判定は、グリップ20が操作状態であるという「操作判定」でもある。
 ステップS1bは、グリップ20の変位速度が閾値以下であるか否かを判定するステップである。グリップ20の変位速度が閾値以下である場合(ステップS1bの「Yes」の場合)には、グリップ20が非把持状態であるという「非把持判定」を行う。この非把持判定は、グリップ20が非操作状態であるという「非操作判定」でもある。一方で、グリップ20の変位速度が閾値を上回る場合(ステップS1bの「No」の場合)には、グリップ20が把持状態であるという「把持判定」を行う。ステップS1bで使用する閾値は、記憶部40に予め格納されている。
 図7のステップS2は、次の4つ条件のいずれかに該当しているか否かを判定するステップである。4つ条件のいずれかに該当している場合(ステップS2の「Yes」の場合)にステップS3にすすみ、そうでない場合(ステップS2の「No」の場合)にステップS4にすすむ。4つの条件は、モータ15の制御で使用する制御パラメータの切替ポイントに関する条件である。
 ステップS2の1つ目の条件は、グリップ20に対する判定が把持判定から把持判定に移行したという条件である。制御装置18は、上記非把持判定処理に基づいて、操作者によるグリップ20の操作状態が、非把持状態又は非操作状態から、把持状態又は操作状態に切り替わったと判定した場合に、1つ目の条件に該当していると判定する。
 ステップS2の2つ目の条件は、車両本体2a(電動車椅子1)の速度超過が解消されたという条件である。制御装置18は、駆動速度センサ17(図4を参照)による情報に基づいて車両本体2aの速度が制限速度を超えた状態から制限速度以下となったことを検出した場合に、又は、モータ15の状態がサーボオフの状態からサーボオンの状態に切り替わったことを検出した場合に、2つ目の条件に該当していると判定する。なお、モータ15がサーボオンの状態では、駆動輪14cにより電動車椅子1の動作がアシストされ、モータ15がサーボオフの状態では、駆動輪14cによる電動車椅子1の動作のアシストが解除される。
 ステップS2の3つ目の条件は、操作者によるブレーキレバー11の操作が解除されたという条件である。制御装置18は、ブレーキセンサ11a(図4を参照)による情報に基づいて、ブレーキレバー11の操作状態がブレーキ操作状態からブレーキ操作解除状態へと切り替わったことを検出した場合に、3つ目の条件に該当していると判定する。
 ステップS2の4つ目の条件は、路面の坂道勾配θが第1基準角度θa以上から第1基準角度θaよりも小さい第2基準角度θb未満に推移したという条件である(図10を参照)。制御装置18は、慣性センサ8(図4を参照)による情報に基づいて、坂道勾配θが第1基準角度θa以上から第2基準角度θb未満へと切り替わったことを検出した場合に、4つ目の条件に該当していると判定する。
 ステップS3は、上記バネ・ダンパモデルの弾性項を構成するバネ係数K(式(1)を参照)を徐々に増加する(大きくする)ように変更するステップである。図11に示される、バネ係数の変更パターンのように、制御パラメータの切替ポイントを検出したことを条件に、バネ係数Kを第1の値Kaから第2の値Kbまで徐々に増加させる。バネ係数Kは、モータ15の制御に使用する制御パラメータの1つである。このステップS3に引き続いて、ステップS9でモータ15による推進力が演算される。ステップS3及びステップS9に基づいた場合、モータ15による推進力が徐々に大きくなるようにモータ15が制御される。これにより、発生する加速度は徐々に大きくなるように変化する。その結果、車両本体2aに作用する加速度が急激に大きくなる急加速を抑制できるため、安全性を有する動作を実現することができる。
 ステップS4は、慣性センサ8による情報に基づいて、路面の坂道勾配θが第1基準角度θa未満であるか否かを判定するステップである。坂道勾配θが第1基準角度θa未満である場合(ステップS4の「Yes」の場合)にステップS5にすすみ、坂道勾配θが第1基準角度θa以上である場合(ステップS4の「No」の場合)にステップS6にすすむ。
 例えば、坂道勾配θが第2基準角度θbから第2基準角度θbと第1基準角度θaとの間へと推移した場合や、坂道勾配θが第1基準角度θaから第2基準角度θbと第1基準角度θaとの間へと推移した場合に、ステップS4からステップS5にすすむ。これに対して、例えば、坂道勾配θが第2基準角度θbから第1基準角度θa以上へと推移した場合に、ステップS4からステップS6にすすむ。
 ステップS5は、モータ15の制御に使用している現在の制御パラメータを継続使用するように設定するステップである。ステップS5の実行後にステップS9にすすむ。ステップS5及びステップS9に基づいた場合、モータ15が制御ロジックについて変更無しの状態で制御される。
 ステップS6は、バネ係数Kを一定にしたうえで、上記バネ・ダンパモデルの第3項を構成するフィードバック係数αと、モータ15の速度指令値の上限値を、ともに変更するステップである。フィードバック係数αと、速度指令値の上限値は、いずれもモータ15の制御に使用する制御パラメータの1つである。本形態のステップS6では、坂道勾配θが第1基準角度θa未満である場合に比べて、フィードバック係数αを大きくし、且つ、モータ15の速度指令値の上限値を小さくする。ステップS6の実行後にステップS7にすすむ。
 ステップS6に基づいた場合、フィードバック係数αを大きな値に変更してモータ15を制御することにより、モータ15による推進力が下がるようになる。また、モータ15の速度指令値の上限値を小さな値に変更してモータ15を制御することにより、モータ15の回転速度が変更後の上限値を超えるような駆動がされないようになる。従って、坂道勾配θが第1基準角度θa以上まで大きくなるように推移した際に、モータ15の回転速度を制限することができ、且つ、モータ15による推進力を下げることができる。従って、電動車椅子1が急加速したり速度超過が生じたりするのを抑制することができるため、安全性を有する動作を実現できる。
 ステップS7は、慣性センサ8による情報に基づいて、路面の坂道勾配θが上限基準角度θc未満であるか否かを判定するステップである。坂道勾配θが上限基準角度θc未満である場合(ステップS7の「Yes」の場合)にステップS9にすすみ、坂道勾配θが上限基準角度θc以上である場合(ステップS7の「No」の場合)にステップS8にすすむ。
 例えば、坂道勾配θが第1基準角度θaと上限基準角度θcとの間にある場合(図12を参照)に、ステップS7からステップS9にすすむ。これに対して、例えば、坂道勾配θが第1基準角度θaと上限基準角度θcとの間から上限基準角度θc以上へと推移した場合(図13を参照)に、ステップS7からステップS8にすすむ。
 ステップS8は、グリップ20による操作入力を0(ゼロ)としたうえで、フィードバック係数αと、モータ15の速度指令値の上限値を、ともに変更するステップである。本形態のステップS8では、坂道勾配θが上限基準角度θc未満である場合に比べて、フィードバック係数αを大きくし、且つ、モータ15の速度指令値の上限値を小さくする。このときのフィードバック係数αの値は、ステップS6で設定した値よりも大きい。また、このときの速度指令値の上限値の値は、ステップS6で設定した値よりも小さい。ステップS8の実行後にステップS9にすすむ。
 ステップS8に基づいた場合、操作検出部21が検出した情報に基づいて演算される、モータ15による推進力がゼロになるため、グリップ20の操作によるアシストがオフとされる。そしいて、モータ15は速度指令値の上限値に基づいて速度制限がかけられた状態での自由動作になる。従って、坂道勾配θが上限基準角度θc以上まで大きくなるように推移することに応じて、安全性を有する動作を実現できる。
 なお、ステップS6及びステップS8では、フィードバック係数αと、モータ15の速度指令値の上限値との、両方の制御パラメータの値を変更する場合について記載しているが、必要に応じて、両方の制御パラメータのうちの少なくとも一方の値のみを変更するようにしても良い。
11.坂道勾配の基準角度の具体例
 本形形態では、坂道勾配の3つの基準角度(第1基準角度θa、第2基準角度θb及び上限基準角度θc)を定めている。各基準角度の値は特に限定されるものではないが、一例として、第1基準角度θaを15度、第2基準角度θbを13度、上限基準角度θcを25度として、フィードバック係数αと、速度指令値の上限値と、をそれぞれ設定することができる。
12.速度指令値の上限値
 坂道勾配が第2基準角度θb以下の場合に速度指令値の上限値を6[km/h]とし、坂道勾配が第1基準角度θa以上且つ上限基準角度θc未満の場合に速度指令値の上限値を3[km/h]とし、坂道勾配が上限基準角度θc以上の場合に速度指令値の上限値を0.5[km/h]とすることができる。
13.フィードバック係数α
 坂道勾配が第1基準角度θa以上且つ上限基準角度θc未満の場合にフィードバック係数αを0.5とし、坂道勾配が上限基準角度θc以上の場合にフィードバック係数αを5とすることができる。非把持判定がなされている場合、又は、ブレーキレバー11のブレーキ操作時の場合にフィードバック係数αを0(ゼロ)とし、把持判定がなされている場合にフィードバック係数αを0.5とすることができる。
 また、坂道勾配が大きいほどフィードバック係数αの値を大きくするように変更し、且つ、車両本体2aの走行速度が大きいほどフィードバック係数αの値を大きくするように変更するようにしても良い。この場合、坂道勾配が第1基準角度θa以上且つ上限基準角度θc未満である場合には、車両本体2aの走行速度が速度指令値の上限値(例えば、3[km/h]))以下であることを条件にフィードバック係数αを0.5とし、車両本体2aの走行速度が速度指令値の上記上限値を超えていることを条件にフィードバック係数αを1とすることができる。坂道勾配が上限基準角度θc以上の場合には、車両本体2aの走行速度が速度指令値の上限値(例えば、0.5[km/h]))以下であることを条件にフィードバック係数αを5とし、車両本体2aの走行速度が速度指令値の上記上限値を超えていることを条件にフィードバック係数αを10とすることができる。これにより、坂道勾配の変化、及び車両本体2aの走行速度の変化に応じて、フィードバック係数αを木目細か設定することができる。
14.作用効果
 次に、上述の実施形態の作用効果について説明する。
 実施形態の電動車椅子1によれば、制御装置18は、操作者Aの操作状態の所定変化又は坂道勾配の所定変化が生じた際に、モータ15の制御に使用する制御パラメータを変更するように構成されている。
 本構成によれば、操作者Aの操作状態の所定変化又は坂道勾配の所定変化に応じて、電動車椅子1が急加速したり速度超過が生じたりするのを抑制するように、モータ15の制御パラメータを適宜に変更することによって、安全性を有する動作を実現できる。
 したがって、上述の実施形態によれば、操作者の操作状態が変化したり坂道勾配が変化したりした場合の安全性に優れた電動車椅子1を提供することができる。
 本開示は、上述の実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
 上述の実施形態では、モータ15の制御パラメータのうち、フィードバック係数αと、速度指令値の上限値と、を変更する場合について例示したが、これに代えて或いは加えて、別の制御パラメータを変更するようにしても良い。
 上述の実施形態では、操作検出部21を利用して非把持判定を行う場合について例示したが、操作検出部21とは別手段を使用しても良い。別手段として、例えば、グリップ20に設けられた圧力センサなどが挙げられる。例えば、圧力センサが検知する圧力が閾値を下回るときに非把持状態であり、当該圧力が閾値以上であるときに把持状態であると判定することができる。

Claims (10)

  1.  車両本体(2a)と、
     前記車両本体を走行させる駆動輪(14c)と、
     前記駆動輪を駆動するモータ(15)と、
     操作者(A)により把持可能であり前記操作者の操作により前記車両本体の前後方向に変位可能なグリップ(20)と、
     前記グリップの前記前後方向の位置を検出する操作検出部(21)と、
     前記操作検出部が検出した前記位置に基づいて前記モータを制御する制御装置(18)と、を備え、
     前記制御装置は、前記操作者による操作状態の所定変化又は坂道勾配の所定変化が生じた際に、前記モータの制御に使用する制御パラメータを変更する、電動車椅子(1)。
  2.  前記制御装置は、
     前記グリップの変位量に基づく弾性項及び前記グリップの変位速度に基づく粘性項を含んだバネ・ダンパモデルを用いて前記モータによる推進力を演算し、
     前記操作者による操作状態の所定変化又は坂道勾配の所定変化が生じた際に、前記制御パラメータである、前記弾性項のバネ係数を徐々に大きくするように変更する、請求項1に記載の電動車椅子。
  3.  前記操作者による操作状態の所定変化は、前記操作者が前記グリップの操作状態を非操作状態から操作状態へと切り替える操作、又は、前記操作者が前記グリップの操作状態を非把持状態から把持状態へと切り替える操作である、請求項2に記載の電動車椅子。
  4.  前記車両本体を機械的に制動するために前記操作者により操作されるブレーキ操作部(11)を備え、
     前記操作者による操作状態の所定変化は、前記操作者が前記ブレーキ操作部の操作状態をブレーキ操作状態からブレーキ操作解除状態へと切り替える操作である、請求項2に記載の電動車椅子。
  5.  前記操作者による操作状態の所定変化は、前記操作者が前記グリップの操作状態を前記車両本体の速度が制限速度を超えた状態から前記制限速度以下となるように切り替える操作である、請求項2に記載の電動車椅子。
  6.  前記坂道勾配の所定変化は、前記坂道勾配が第1基準角度(θa)以上から前記第1基準角度よりも小さい第2基準角度(θb)未満へと切り替わる変化である、請求項2に記載の電動車椅子。
  7.  前記制御装置は、
     前記グリップの変位量に基づく弾性項及び前記グリップの変位速度に基づく粘性項を含んだバネ・ダンパモデルを用いて前記モータによる推進力を演算し、前記推進力から前後方向の外力を減算した値に基づいて前記モータの速度指令値を生成し、
     前記坂道勾配の所定変化が生じた際に、前記制御パラメータである前記外力を演算するためのフィードバック係数を変更し、又は、前記制御パラメータである前記速度指令値の上限値を変更する、請求項1に記載の電動車椅子。
  8.  前記制御装置は、前記坂道勾配の所定変化として前記坂道勾配が基準角度(θa,θc)以上となるように推移した際に、前記坂道勾配が上記基準角度未満である場合に比べて、前記フィードバック係数を大きい値に変更し、又は、前記速度指令値の上限値を小さい値に変更する、請求項7に記載の電動車椅子。
  9.  前記制御装置は、前記坂道勾配が上限基準角度(θc)以上となるように推移した際に、前記操作検出部が検出した前記位置に基づいて演算される、前記モータによる推進力をゼロに設定する、請求項8に記載の電動車椅子。
  10.  前記制御装置は、前記坂道勾配が大きいほど前記フィードバック係数の値を大きくするように変更し、且つ、前記車両本体の走行速度が大きいほど前記フィードバック係数の値を大きくするように変更する、請求項7に記載の電動車椅子。
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