(57)【要約】【課題】搭乗者の身体への負担を軽減しつつ、直観的な操作が可能な電動車椅子を提供すること。【解決手段】本発明にかかる電動車椅子１は、搭乗者の右手指で操作され、操作に応じた第１の操作信号を出力する右インタフェース６ａと、搭乗者の左手指で操作され、操作に応じた第２の操作信号を出力する左インタフェース６ｂを備えている。制御部７は、第１の操作信号に基づいて右輪を駆動するための駆動信号を生成し、第２の操作信号に基づいて左輪を駆動するための第２の駆動信号を生成する。アクチュエータ・センサ８ａは、第１の駆動信号に基づいて右輪を駆動し、アクチュエータ・センサ８ｂは、第２の駆動信号に基づいて左輪を駆動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
搭乗者の右手指で操作され、操作に応じた第１の操作信号を出力する右インタフェースと、
搭乗者の左手指で操作され、操作に応じた第２の操作信号を出力する左インタフェースと、
前記第１の操作信号に基づいて右輪を駆動するための第１の駆動信号を生成し、出力し、前記第２の操作信号に基づいて左輪を駆動するための第２の駆動信号を生成し、出力する制御部と、
前記第１の駆動信号に基づいて右輪を駆動する右輪駆動手段と、
前記第２の駆動信号に基づいて左輪を駆動する左輪駆動手段とを備えた電動車椅子。
【請求項２】
前記右インタフェースと、前記左インタフェースは、それぞれスクロールホイールを回転させることによって操作するスクロールホイール装置であることを特徴とする請求項１記載の電動車椅子。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１の操作信号と前記第２の操作信号を比較し、その差が設定値以下の場合に、前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号とを同一の信号とすることを特徴とする請求項１又は２記載の電動車椅子。
【請求項４】
前記右輪の回転を検出し、第１の検出信号を出力する第１の回転検出手段と、
前記左輪の回転を検出し、第２の検出信号を出力する第２の回転検出手段とをさらに備え、
前記右インタフェースは、第３の駆動信号に応じてスクロールホイールを回転駆動する第１のアクチュエータをさらに備え、
前記左インタフェースは、第４の駆動信号に応じてスクロールホイールを回転駆動する第２のアクチュエータをさらに備え、
前記制御部は、前記第１の検出信号に基づいて、前記右インタフェースのスクロールホイールが前記右輪と同様の回転挙動を示すように駆動する第３の駆動信号を生成し、当該右インタフェースに出力し、前記第２の検出信号に基づいて、前記左インタフェースのスクロールホイールが前記左輪と同様の回転挙動を示すように駆動する第４の駆動信号を生成し、当該左インタフェースに出力することを特徴とする請求項２記載の電動車椅子。
【請求項５】
前記右インタフェースと、前記左インタフェースは、それぞれアームレストの先端部に設けられていることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の電動車椅子。
【請求項６】
前記制御部は、前記第１の操作信号の操作量に比例した付加トルク量となるように前記第１の駆動信号を生成し、かつ前記第２の操作信号の操作量に比例した付加トルク量となるように前記第２の駆動信号を生成することを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の電動車椅子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動車椅子に関し、より詳しくは電動車椅子の操作インタフェースに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハンドリムに与えられる操作トルクの大小に応じたモータの駆動力によりパワーアシストを行う電動車椅子が提案されている（例えば、特許文献１〜３）。また、電動車椅子の操作手段として、１つのジョイスティックやトラックボールを用いる技術が特許文献４に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１６５４５３号公報
【特許文献２】特開平９−２３７１号公報
【特許文献３】特開平９−２４８３２０号公報
【特許文献４】特開２００８−１９４１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１〜３に開示されているようなパワーアシスト型の電動車椅子は、操作をする搭乗者がお年寄りや障害者だと身体的な制約により車輪を回す行為自体に不自由を感じ、操作がしづらいという問題がある。
【０００５】
また、特許文献４に開示されているような１つのインタフェースを通じて電気車椅子を操作する手法では、搭乗者が電動車椅子を移動させたい方向と、搭乗者がインタフェースを通じて教示する方向にずれが生じ、電動車椅子の操作がぎこちなくなってしまうという問題がある。これは、本来、車椅子は両手を用いて調節車輪を回すことによって生じる回転差を利用して繊細な操作を可能としているためである。
【０００６】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、搭乗者の身体への負担を軽減しつつ、直観的な操作が可能な電動車椅子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる電動車椅子は、搭乗者の右手指で操作され、操作に応じた第１の操作信号を出力する右インタフェースと、搭乗者の左手指で操作され、操作に応じた第２の操作信号を出力する左インタフェースと、前記第１の操作信号に基づいて右輪を駆動するための第１の駆動信号を生成し、出力し、前記第２の操作信号に基づいて左輪を駆動するための第２の駆動信号を生成し、出力する制御部と、前記第１の駆動信号に基づいて右輪を駆動する右輪駆動手段と、前記第２の駆動信号に基づいて左輪を駆動する左輪駆動手段とを備えたものである。
【０００８】
ここで、前記右インタフェースと、前記左インタフェースは、それぞれスクロールホイールを回転させることによって操作するスクロールホイール装置であることが好ましい。
【０００９】
また、前記制御部は、前記第１の操作信号と前記第２の操作信号を比較し、その差が設定値以下の場合に、前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号とを同一の信号とすることが好ましい。
【００１０】
また、前記右輪の回転を検出し、第１の検出信号を出力する第１の回転検出手段と、前記左輪の回転を検出し、第２の検出信号を出力する第２の回転検出手段とをさらに備え、前記右インタフェースは、第３の駆動信号に応じてスクロールホイールを回転駆動する第１のアクチュエータをさらに備え、前記左インタフェースは、第４の駆動信号に応じてスクロールホイールを回転駆動する第２のアクチュエータをさらに備え、前記制御部は、前記第１の検出信号に基づいて、前記右インタフェースのスクロールホイールが前記右輪と同様の回転挙動を示すように駆動する第３の駆動信号を生成し、当該右インタフェースに出力し、前記第２の検出信号に基づいて、前記左インタフェースのスクロールホイールが前記左輪と同様の回転挙動を示すように駆動する第４の駆動信号を生成し、当該左インタフェースに出力することが好ましい。
【００１１】
さらに、前記右インタフェースと、前記左インタフェースは、それぞれアームレストの先端部に設けられていることが好ましい。
【００１２】
また、前記制御部は、前記第１の操作信号の操作量に比例した付加トルク量となるように前記第１の駆動信号を生成し、かつ前記第２の操作信号の操作量に比例した付加トルク量となるように前記第２の駆動信号を生成することが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、搭乗者の身体への負担を軽減しつつ、直観的な操作が可能な電動車椅子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】発明の実施の形態にかかる電動車椅子の側面図及び正面図である。
【図２】発明の実施の形態にかかる電動車椅子の制御ブロック図である。
【図３】発明の実施の形態にかかる電動車椅子の制御の流れを示すフローチャートである。
【図４】発明の実施の形態にかかる電動車椅子の制御について説明するための説明図である。
【図５】発明の実施の形態にかかる電動車椅子の挙動を示す上面図である。
【図６】発明の実施の形態にかかる電動車椅子の制御について説明するための説明図である。
【図７】発明の実施の形態にかかる電動車椅子の挙動を示す上面図である。
【図８】発明の実施の形態にかかる電動車椅子の処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１を用いて、本実施の形態にかかる電動車椅子の構成について説明する。電動車椅子１は、パイプ枠状のフレーム２の前後には、左右一対のキャスタ４ａ，４ｂ、右輪３ａ、左輪３ｂによって支持されている。
【００１６】
また、フレーム２の中央部には、搭乗者が着座するためのシート５が設けられている。フレーム２に設けられた左右のアームレストのそれぞれには、先端部近傍に搭乗者によって操作可能なインタフェース６ａ，６ｂが設けられている。インタフェース６ａは、搭乗者の右手（特に指先）によって操作可能なホイール式入力インタフェースである、スクロールホイール装置である。インタフェース６ｂは、搭乗者の左手（特に指先）によって操作可能なホイール式入力インタフェースである、スクロールホイール装置である。
【００１７】
インタフェース６の具体な構成例について説明する。インタフェース６は、回転体であるスクロールホイールと、そのスクロールホイールの一部を露出させた状態でピッチ方向の回転軸周りに回転可能に保持する筐体を備えている。搭乗者は、スクロールホイールの露出部分を手で触り、車輪３を回転させたい方向にスクロールホイールを回転させることにより、操作する。筐体内には、スクロールホイールの回転方向を検出するエンコーダ（回転検出手段）が設置されている。インタフェース６においてエンコーダが検出した回転情報を操作情報として、後述の制御コンピュータ７に出力する。
【００１８】
インタフェース６の筐体内には、スクロールホイールを回転駆動するアクチュエータを備えている。当該アクチュエータは、後に説明する制御部からの駆動信号に応じて、スクロールホイールを回転駆動する。アクチュエータは、例えばモータと減速機により構成される。
【００１９】
電動車椅子１は、シート５の下方に制御部である制御コンピュータ７（ＥＣＵ：エンジン制御ユニット）を備えている。制御コンピュータ７は、基本的に、インタフェース６から出力された操作信号に基づいて、車輪３を制御し、操作に応じた移動を実現する。制御コンピュータ７は、インタフェース６に対する操作量と、車輪３に対するトルク量が正比例するように回転制御する。
【００２０】
制御コンピュータ７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、通信用のインターフェースなどを有する。そして、この制御コンピュータ７は、例えばＲＯＭに格納された制御プログラムに従って各種の制御を実行する。
【００２１】
左右の車輪３ａ，３ｂのそれぞれ内側において、アクチュエータ・センサ８ａ，８ｂがフレーム２に固定されている。アクチュエータ・センサ８ａ，８ｂは、制御コンピュータ７から出力された駆動信号に基づいて左右の車輪３ａ，３ｂのそれぞれを駆動する。この機能については、例えば、モータ及び減速機によって構成される。さらに、アクチュエータ・センサ８ａ，８ｂは、左右の車輪３ａ，３ｂのそれぞれの回転動作を検出し、検出信号を制御コンピュータ７に出力する。この機能については、例えば、エンコーダによって構成される。本例の電動車椅子は、アクチュエータの機能とセンサの機能の双方を備えたアクチュエータ・センサを用いているが、アクチュエータと、センサを別々に備えるようにしてもよい。
【００２２】
図２に、本実施の形態にかかる電動車椅子の制御ブロック図を示す。図に示されるように、制御部７は、インタフェース６ａ，６ｂから操作信号を、アクチュエータ・センサ８ａ，８ｂから検出信号をそれぞれ入力する。また、制御部７は、インタフェース６ａ，６ｂに対して駆動信号を、アクチュエータ・センサ８ａ，８ｂに対して駆動信号をそれぞれ出力する。
【００２３】
インタフェース６ａ，６ｂは、スクロールホイールの回転を検出して操作信号を生成し、制御部７に出力する。また、インタフェース６ａ，６ｂは、制御部７から出力された駆動信号に応じてアクチュエータによりスクロールホイールを回転駆動する。
【００２４】
アクチュエータ・センサ８ａ，８ｂは、制御部７から出力された駆動信号に応じて車輪３ａ，３ｂを回転駆動する。また、アクチュエータ・センサ８ａ，８ｂは、車輪３ａ，３ｂの回転を検出して検出信号を制御部７に出力する。
【００２５】
続いて、図３のフローチャートを用いて、本実施の形態にかかる電動車椅子の制御の流れについて説明する。
制御部７は、インタフェース６ｂから左指先による操作信号を入力し（Ｓ１０１），さらにインタフェース６ａから右指先による操作信号を入力する（Ｓ１０２）。制御部７は、左指先による操作信号と、右指先による操作信号を比較し、差が予め設定された値（設定値）を超えているかを判定する（Ｓ１０３）。
【００２６】
制御部７は、判定の結果、両信号の差が設定値を超えていないと判定した場合には、左右のアクチュエータ・センサ８ａ，８ｂに対して同一信号となる駆動信号を出力する（Ｓ１０４）。このとき、電動車椅子１は、右輪３ａと左輪３ｂの回転が同じとなるため、直線移動する。
【００２７】
制御部７は、判定の結果、両信号の差が設定値を超えていると判定した場合には、それぞれの操作信号に基づいて独立して右輪３ａ、左輪３ｂへの付加トルク値を算出し、左右のアクチュエータ・センサ８ａ，８ｂのそれぞれに対して、付加トルク値に基づいて異なる駆動信号を出力する（Ｓ１０５）。このとき、電動車椅子１は、右輪３ａと左輪３ｂの回転が異なることになるため、カーブ移動、即ち旋回しながら移動する。
【００２８】
制御部７は、アクチュエータ・センサ８ａ，８ｂから右輪３ａと左輪３ｂの回転数、即ち回転情報を取得する（Ｓ１０６）。制御部７は、左輪３ｂの回転情報を左側のインタフェース６ｂに出力する（Ｓ１０７）。このとき、インタフェース６ｂは、左輪３ｂの回転に応じた回転となるよう、スクロールホイールを回転させる。これにより、インタフェース６ｂのスクロールホイールは、左輪３ｂと同期して、回転する。より具体的には、インタフェース６ｂは、左輪３ｂの回転方向及び回転速度と同じになるように、スクロールホイールを回転駆動する。
【００２９】
制御部７は、右輪３ａの回転情報を右側のインタフェース６ａに出力する（Ｓ１０８）。このとき、インタフェース６ａは、右輪３ａの回転に応じた回転となるよう、スクロールホイールを回転させる。これにより、インタフェース６ａのスクロールホイールは、右輪３ａと同期して、回転する。より具体的には、インタフェース６ａは、右輪３ａの回転方向及び回転速度と同じになるように、スクロールホイールを回転駆動する。
【００３０】
ステップＳ１０７及びステップＳ１０８の処理が終了すると、再びステップＳ１０１以降の処理を繰り返す。
【００３１】
ここで、左右のインタフェース６ａ，６ｂに対して行われた操作に基づいて、左右のアクチュエータを駆動する処理（以下、基本駆動処理とする）について、さらに具体的に説明する。
【００３２】
図４の説明図に示されるように、基本駆動処理において、制御部７は、左インタフェース６ｂから操作信号を入力し（Ｓ２０１）、操作信号により特定される操作量に基づいて付加トルク値を算出し、当該付加トルク値に応じた駆動信号を左アクチュエータ・センサ８ｂに出力する（Ｓ２０２）。図４のグラフに示されるように、インタフェース６ｂに対する操作量の変化と、付加トルク量の変化は実質的に同じであり、インタフェース６ｂに対する操作量に応じて、リニアに付加トルク量を決定していることがわかる。
【００３３】
同様に、右インタフェース６ａから操作信号を入力し（Ｓ３０１）、操作信号により特定される操作量に基づいて付加トルク値を算出し、当該付加トルク値に応じた駆動信号を右アクチュエータ・センサ８ａに出力する（Ｓ３０２）。図４のグラフに示されるように、インタフェース６ａに対する操作量の変化と、付加トルク量の変化は実質的に同じであり、インタフェース６ａに対する操作量に応じて、リニアに付加トルク量を決定していることがわかる。
【００３４】
図４に示されるように、このようにして算出された、左右の車輪３ａ，３ｂに対する付加トルク値の差に基づいて、電動車椅子１の移動するカーブの曲率が決まる。本例においては、電動車椅子１は、図５で示す矢印に従って移動する。
【００３５】
続いて、左右のインタフェース６ａ，６ｂからの操作に差があった場合の処理（以下、入力差調整処理とする）について、さらに具体的に説明する。
【００３６】
図６の説明図に示されるように、制御部７は、左側のインタフェース６ｂから操作量を含む操作信号を入力する（Ｓ４０１）とともに、右側のインタフェース６ａからも操作量を含む操作信号を入力する（Ｓ４０２）。それぞれの操作信号は、図６（ａ）、図６（ｂ）のように時間的に変化したものとする。
【００３７】
次に、制御部７は、両信号を比較し、差が設定値を超えているかを判定する（Ｓ４０３）。制御部７は、判定の結果、両信号の差が設定値を超えていないと判定した場合には、左右のアクチュエータ・センサ８ａ，８ｂに対して同一指令となる駆動信号を出力する（Ｓ４０４）。即ち、両信号の差が設定値以下の場合には、その差を無視することになる。
【００３８】
このとき、電動車椅子１は、右輪３ａと左輪３ｂの回転が同じとなるため、直線移動する。本例では、図６（ｃ）に示されるように、期間Ｔ１において両信号の差が設定値を超えていないため、右のアクチュエータ・センサ８ａ，８ｂに対して同一信号となる駆動信号が出力される。
【００３９】
制御部７は、判定の結果、両信号の差が設定値を超えていると判定した場合には、それぞれの操作信号に基づいて独立して右輪３ａ、左輪３ｂへの付加トルク値を算出し、左右のアクチュエータ・センサ８ａ，８ｂのそれぞれに対して、異なる駆動信号を出力する（Ｓ４０５）。このとき、電動車椅子１は、右輪３ａと左輪３ｂの回転が異なることになるため、カーブ移動、即ち旋回しながら移動する。本例では、図６（ｃ）に示されるように、期間Ｔ２において両信号の差が設定値を超えているため、右のアクチュエータ・センサ８ａ，８ｂに対して異なる指令となる駆動信号が出力される。
【００４０】
図７（ａ）は、入力差調整処理を行った場合における電動車椅子の移動挙動を示す。図７（ｂ）は、入力差調整処理を行わない場合における電動車椅子の移動挙動を示す。図７に示されるように、電動車椅子は、期間Ｔ１において、入力差調整処理を行わない場合には左右に歪んで移動するが、入力差調整処理を行うと、左右に歪むことなく移動することがわかる。
【００４１】
続いて、両輪の回転を検出して、インタフェースにそれぞれフィードバックする処理（以下、回転フィードバック処理とする）について、図８を用いて詳細に説明する。
【００４２】
制御部７は、アクチュエータ・センサ８ａ，８ｂから右輪３ａと左輪３ｂの回転数、即ち回転情報を取得する（Ｓ５０１）。制御部７は、左輪３ｂの回転情報を左側のインタフェース６ｂに出力する（Ｓ５０２）。このとき、インタフェース６ｂは、左輪３ｂの回転に応じた回転となるよう、スクロールホイールを回転させる。これにより、インタフェース６ｂのスクロールホイールは、左輪３ｂと同期して、回転する。より具体的には、インタフェース６ｂは、左輪３ｂの回転方向及び回転速度と同じになるように、スクロールホイールを回転駆動する。
【００４３】
制御部７は、右輪３ａの回転情報を右側のインタフェース６ａに出力する（Ｓ５０３）。このとき、インタフェース６ａは、右輪３ａの回転に応じた回転となるよう、スクロールホイールを回転させる。これにより、インタフェース６ａのスクロールホイールは、右輪３ａと同期して、回転する。より具体的には、インタフェース６ａは、右輪３ａの回転方向及び回転速度と同じになるように、スクロールホイールを回転駆動する。
【００４４】
以上、説明したように、本実施の形態にかかる電動車椅子は、搭乗者の左右の手の指で操作可能なインタフェースを有し、それぞれのインタフェースに応じて、右輪及び左輪を駆動制御するようにしたので、左右の車輪に対して独立して指令を与えることができるので、両輪の回転差を利用した手動車椅子に近い直観的な操作を行うことができる。また、インタフェースとして、搭乗者の左右の手の指で操作可能な、例えば、スクロールホイールを用いているので、車輪を回転させる必要がないため、搭乗者の身体に対する負荷を軽減することができる。
【００４５】
さらに、本実施の形態にかかる電動車椅子は、左右のインタフェースの入力値の差異が設定値以下の場合には、差異がないとして同一指令値を出力するようにしたので、左右に歪むことなく、移動することができる。また、本実施の形態にかかる電動車椅子は、左右の車輪の回転数を取得し、それぞれの回転に応じてインタフェースも同じ挙動で回転するように制御したので、搭乗者は車輪の動きをインタフェースを通じて認識することができ、直接車輪を操作しているかのような、より直観的な操作が可能となる。
【００４６】
その他の実施の形態．
上述の発明の実施の形態では、基本駆動処理、入力差調整処理、回転フィードバック処理の全てを行う電動車椅子を例に説明したが、基本駆動処理のみを行う電動車椅子、基本駆動処理及び入力差調整処理を行う電動車椅子、基本駆動処理及び回転フィードバック処理を行う電動車椅子のいずれの構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００４７】
１  電動車椅子
２  フレーム
３  車輪
４  キャスタ
５  シート
６  インタフェース
７  制御コンピュータ（制御部）
８  アクチュエータ・センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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