(57)【要約】      （修正有）【課題】下り坂により生じる力による希望しない駆動方向と逆方向への回転に関する問題を解決する駆動補助装置を備えた車椅子を提供する。【解決手段】駆動モータ、検出手段、及び制御ユニットを有する車椅子用の駆動補助装置において、検出手段は、駆動輪１０に手動で付与される力を検出するように構成されている。制御ユニットは、駆動モータが駆動輪に手動で付与される駆動力に応じた駆動補助段階にしたがって駆動輪を駆動するように制御する。また、制御ユニットは、駆動輪の意図しない回転を避けるように駆動モータを制御するアンチロールバック操作モードを含む。【選択図】図１
2010057901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動モータと、
駆動輪と、
前記駆動輪（１０）に手動で付与される駆動力を検出する検出手段と、
前記駆動輪（１０）の駆動用の前記駆動モータを、前記駆動輪（１０）に手動で付与される駆動力によって決まる駆動補助段階に応じて制御する制御ユニットと、
を含む車椅子用駆動補助装置であって、
前記制御ユニットは、前記駆動モータを駆動輪（１０）の意図しない回転を避けるように制御するアンチロールバック動作モードを含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記制御ユニットは、
駆動輪（１０）の意図しない回転を避けることが不可能である通常動作モードと、必要に応じて駆動輪（１０）の意図しない回転を避けるように駆動モータを制御する前記アンチロールバック動作モードと、を選択して作動するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記通常動作モードは、
駆動輪（１０）に手動で付与される駆動力に基づいて前記駆動モータを制御するトルク制御を含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記アンチロールバックモードは、
駆動輪（１０）の回転数を制御する回転数制御を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記アンチロールバック動作モードにおいて、トルク制御又は回転数制御が選択的に使用されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記制御ユニットは、
前記トルク制御と前記回転数制御の間における移行が駆動パラメータに応じて行われるように構成されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記駆動パラメータは、
以下のグループ：駆動輪の回転数、駆動輪の回転方向、駆動輪（１０）に手動で付与される駆動力の大きさ、駆動輪（１０）に手動で付与される駆動力の方向、駆動輪（１０）に手動で付与される駆動力により生じるトルク及び駆動輪（１０）に手動で付与される駆動力によって決まる駆動補助段階に応じて駆動モータにより与えられるトルクの合計、前記駆動モータにより与えられる現時点のトルク、タイマースイッチの値、
の各複数のパラメータの内、少なくとも１個のパラメータを含むことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
手動スイッチによるアンチロールバック動作モードのオン状態への変更、手動スイッチによるアンチロールバック動作モードのオフ状態への変更、又は手動スイッチによるアンチロールバック動作モードのオン・オフの切り替えが可能であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の装置。
【請求項９】
種々の駆動補助段階を事前に定める機能を果たす複数の駆動補助段階スイッチが設けられ、
前記複数の駆動補助段階スイッチの内の１つ又は各々により、アンチロールバック動作モードのオン状態への変更、アンチロールバック動作モードのオフ状態への変更、又はアンチロールバック動作モードのオン・オフの切り替えが可能であることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記制御ユニットは、
電源が入った時に通常動作モードであることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
制御ユニットは、電源が入った時に、電源が切られる前の動作モードと同じ動作モードであることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
ハンドリム（１２）を介して手動で駆動輪（１０）に力を付与可能であることを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記駆動モータは、電気モータであることを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記駆動モータ、充電式バッテリー、及び制御ユニットは、
駆動輪（１０）のハブ（１１）に収容されていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４の何れか１項に記載の駆動補助装置を備えた車椅子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動補助装置及び駆動補助装置を備えた車椅子に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述のような車椅子用の駆動補助装置は、特許文献１により知られている。この車椅子用の駆動補助装置は、駆動モータ、駆動輪、検出手段、及び制御ユニットを含む。上記検出手段は、駆動輪に手動で付与される駆動力を測定するように構成されている。制御ユニットは、手動で駆動輪に付与される駆動力によって決まる駆動補助段階に応じて、駆動モータが駆動輪を駆動するように構成されている。
【０００３】
このように車椅子は、車椅子の操作者が、手動運転、すなわち、駆動輪に設けられているハンドリム（駆動輪握り）を介する等の手動による運転の機能を備えている。しかしながら、個別に駆動モータにより手動運転を補助する必要がある場合がある。この駆動モータによる手動運転の補助を実現するために、検出手段は、ハンドリムに手動で付与されるそれぞれの力を検出し、制御ユニットは、ハンドリムに付与される力によって決まる駆動補助段階に応じて駆動輪を駆動する駆動モータ制御する。
【０００４】
この種の駆動システムは、車椅子の操作者からいくらかの肉体的ストレスを取り除くことに適している。車椅子の操作者により手動で駆動輪に付与される力は、例えば、ハンドリムを介して付与され、その付与によりトルクが生じ、更に、電気的駆動力が駆動力として作用し、又は対応する駆動モータの駆動トルクが駆動トルクとして作用する。なお、駆動モータの駆動トルクは、その時に制御ユニットが駆動モータを制御するため手動で付与される力によって決まる駆動補助段階に応じて大きくなる。従って、この種の操作において、手動の駆動力が与えられ、その駆動力の結果生じるトルク及び駆動モータのトルクが同一方向に作用する。従って、双方のトルクは、それらの大きさが関連する限りにおいて、加算される。
【０００５】
結果として、車椅子の操作者は、移動に必要な力の一部を提供するだけで、大きな負担が掛かること無く、上り坂及び下り坂を移動することができる。手動で付与される力と電動モータにより付与されるトルクとの間の関係、すなわち駆動補助のレベル又は段階は、車椅子操作者のそれぞれ個人的な必要性又は要求に応じて調整可能であり、場合によっては、前もって及びその都度選択可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＥＰ０９４５１１３Ａ２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
坂道又は傾斜面上で駆動を行う場合、車椅子の操作者は、モータによる補助を受けても、平らな面上で操作を行う場合と比較して移動のためにより大きい力を与える必要がある。更に、例えば坂道や傾斜面において、このような駆動状況では、駆動速度が、非常に遅い。従って、次の押し動作のために手の位置を変える目的でハンドリムのグリップを離さなければならない場合、下り坂により生じる力で車椅子が失速し、車椅子の操作者がハンドリムにおいて次ぎの押し動作を行う前に、車椅子が、戻されてしまうことがある。
【０００８】
更に、車椅子の操作者が坂道を過小評価し、それによって、所望の方向への移動を実行するために十分な頻度で、ハンドリムに要求される力を集めることがもはやできないという状況になってしまう可能性がある。このような場合、操作者は、２つの押し動作の間において止まることを強いられることとなる。しかしながら、これにより、下り坂により生じる力を考えると、車椅子が意図せず所望の方向と反対方向に戻されるという危険を含む。
【０００９】
本発明の根本的な目的は、下り坂により生じる力による希望しない駆動方向と逆方向への回転に関する問題を解決する上述の種の駆動補助装置と、この駆動補助装置を備えた車椅子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的は、請求項１〜１５により解決される。好ましい実施の形態は、従属請求項に規定されている。
【００１１】
本発明の駆動補助装置の制御ユニットは、アンチロールバック動作モードを含む。制御ユニットがこのアンチロールバック動作モードで動作する場合、意図しない駆動輪の回転を避けるように駆動モータを駆動する。
【００１２】
単に対応する制御ユニットの構成によって、言い換えると、制御ユニットを動作させるソフトウェアをそれぞれ構成することにより、駆動輪の意図しない回転を回避することが可能である。これを行うために、好ましくは、各々の信号、及び存在する、或いは車椅子の駆動補助装置を作動させるために使用される物理値のみを処理することとなる。２個の大型駆動輪と、回動自在に軸支される駆動されない２個の小型駆動輪を有する車椅子の場合、通常、２個の駆動輪は、アンチロールバック機能に関して互いに独立に駆動される。
【００１３】
本発明の駆動補助装置により、機械的なブレーキを使用することなく、車椅子が意図せず転がって行ってしまうことを回避することができる。
【００１４】
本発明の有利な実施の形態において、制御ユニットは、駆動輪の意図しない回転を回避することが出来ない標準動作モードから、要求に応じて、駆動モータが駆動輪の意図しない回転を回避するように作動されるアンチロールバック動作モードに交代して作動するように構成される。
【００１５】
標準動作モードは、好ましくは、駆動輪に手動で付与される駆動力に応じて駆動モータが駆動輪を駆動するようにさせるトルク制御を含み、手動の駆動力と電動モータにより与えられる駆動トルクの比率は、駆動補助段階に対応する。
【００１６】
アンチロールバック動作モードは、好ましくは、駆動輪の回転数を制御する回転数制御を含む。この場合、駆動輪の回転数のゼロ目標値は、停止、すなわち、駆動輪の非回転状態を実現するために事前に設定される。
【００１７】
アンチロールバック動作モードにおいて、トルク制御又は回転数制御が択一的に採用され得る。
【００１８】
これは、駆動補助装置の制御特性及びレギュレーション特性を特定の運転状況に適応させて有利になるようにする追加機能を与える。これにより、トルク制御と回転数制御の間の移行は、好ましくは、駆動パラメータに依存して実行される。この点において、駆動輪の回転数、駆動輪の回転方向、手動で駆動輪に付与される駆動力の大きさ、手動で駆動輪に付与される駆動力の方向、手動で駆動輪に付与される駆動力により生じるトルクと駆動輪に手動で付与される駆動力によって決まる駆動補助段階に応じて駆動モータにより与えられるトルクの合計、駆動モータにより与えられる有効トルク、及びタイマースイッチの値が、単独、又は様々な組み合わせで併用して使用される。必要とされる場合、及び適切な場合、他の値又は他のソフトウェア要素の使用も考慮される。
【００１９】
手動によるアンチロールバック動作モードのオン状態への変更、手動によるアンチロールバック動作モードのオフ状態への変更、又はアンチロールバック動作モードのオン・オフの切り替えが可能である。異なる駆動補助レベルが事前に選択可能となるようにいくつかの駆動補助段階スイッチを設けることが可能である。
【００２０】
上記駆動補助段階のスイッチの一つ又はそれぞれを用いて、手動によるアンチロールバック動作モードのオン状態への変更、手動によるアンチロールバック動作モードのオフ状態への変更、又はアンチロールバック動作モードのオン・オフの切り替えが可能である。また、一つ又はいくつかの分離スイッチを用いた、手動によるアンチロールバック動作モードのオン状態への変更、手動によるアンチロールバック動作モードのオフ状態への変更、又はアンチロールバック動作モードのオン・オフの切り替えも可能である。
【００２１】
本発明の一つの実施の形態において、制御ユニットは、電源オン時に常に標準動作モードとなるように構成される。これに代えて、又は対応する事前の選択に応じて、制御ユニットを、電源オフの前のモードと同一の動作モードとなるように構成しても良い。
【００２２】
本発明の駆動補助装置は、上述の知られている方法で駆動輪に手動で力を付与するためのハンドリムを含む。駆動モータは、電動モータ、具体的には、ハブ駆動モータとして構成される。このハブ駆動モータは、駆動輪のハブに充電式バッテリーと制御ユニットとともに配置することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明にしたがう駆動補助装置を備えた本発明の車椅子の実施の形態を示している。
【図２】図１の実施の形態の第１のフローチャートである。
【図３】図１の実施の形態の第２のフローチャートである。
【図４】図１の実施の形態の第３のフローチャートである。
【図５】図１の実施の形態の第４のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下において、本発明を、好ましい実施の形態と関連付けて図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は、２個の駆動輪１０を有する車椅子の斜視図である。それぞれの駆動輪１０は、共通スポーク１７を介してホイールリム１８と連結されたハブ１１を有している。このホイールリム１８には、タイヤ１９が取り付けられている。電動モータとして構成される駆動モータ（図示せず）、充電式バッテリー（図示せず）、及び制御ユニット（図示せず）は、上記ハブ１１内に配置される。
【００２６】
ハンドリム１２は、３本の支柱１３と３本のスポーク要素１４を介して上記ハブ１１に連結されている。
【００２７】
手動による力がハンドリム１２に付与される場合、この力は支柱１３及びスポーク要素１４を介してハブ１１に直接伝達される。検出手段は、スポーク要素１４に作用する力の作用を検出する。この作用は、一方でスポーク要素１４に生じる張力であり、他方でスポーク要素の変形又は曲がり具合である。これらの作用の少なくとも１つが検出され、ハンドリム１２に付与される力の測定基準として機能する。制御ユニットは、駆動モータを制御しこの測定結果に応じてトルクを与える。ここで、可変の補助段階、又は事前にプログラムされた補助段階を提供可能である。
【００２８】
好適な検出手段は、例えば、ＥＰ０９４５１１３Ａ２に開示されている。
【００２９】
制御ユニットは、適切なソフトウェアを採用した場合にのみ実現されるアンチロールバック機能（ＡＲＦ）を発揮するように適応されている。既成の信号値及び物理値、又はアンチロールバック機能の無い駆動補助装置を備えた車椅子の運転に使用される信号値及び物理値のみが、処理される。両輪は、アンチロールバック機能において相互に独立に作動する。
【００３０】
好ましい実施の形態として、制御ユニットは、トルク制御を用いて標準動作モードで作動する。これは、駆動モータが、選択された駆動補助の段階又はハンドリム１２に手動で付与される力に加えて他の作用により瞬間的に与えられる駆動補助段階に応じて特定のトルクを提供するように制御されることを意味する。
【００３１】
選択的に利用可能なアンチロールバック動作モードにおいて、上記制御ユニットは、上述のトルク制御にしたがって作動するか、又は必要であれば、駆動輪の回転数を制御する回転数制御に移行する。駆動輪の回転数の目標値は、０であり、これにより、駆動輪の回転数を半分にすることができる。
【００３２】
以下において、先ず、制御ユニットの電源が切られ、これにともない図２において記載されているアンチロールバック機能がオフ状態とされる。図２のフローチャートにおいてボタン０として示されているカットオフスイッチが、０．１秒より長く押下されると、駆動輪の回転数が−１／ｍｉｎより大きく且つ１／ｍｉｎより小さいかどうか、すなわち、車輪の回転数が半分であるかどうかのクエリーが実行される。駆動輪の回転数が半分で無い場合、システムは、切断される。駆動輪の回転数が半分である場合、システムは、ボタン操作の後に切断される。
【００３３】
システムのスイッチングについては、特定のアンチロールバック機能と同様に、図３及び図４を用いて以下に説明する。図３は、第１駆動補助段階を選択する機能を果たすスイッチオンボタンであるボタン１に関する。図４は、第２駆動補助段階を選択するボタンであるボタン２を示す。より多くのボタンを設けることは、当業者に理解されることである。また、駆動補助段階は、調整可能又はプログラム制御可能であることも理解される。
【００３４】
上述の２個のスイッチオンボタン、すなわち、図３のボタン１及び図４のボタン２が、０．１秒より長く押される場合、システムが切断されるかどうかの第１クエリーが実行される。システムが切断される場合、システムは各々の駆動レベルに応じて実行される。システムが実行される場合、各ボタンに対応する駆動レベルが、実行される。従って、両スイッチオンボタンであるボタン１及びボタン２は、システムが切断された場合にそれを実行するために使用されるだけでなく、ボタン１が駆動レベル１から駆動レベル２に切り替えるために、及びボタン２が駆動レベル２から駆動レベル１に切り替えるためにそれぞれ使用される。
【００３５】
次に、各々のボタンが３秒より長く押下されているかどうかのクエリーが実行される。もしボタンが３秒より長く押下されていない場合、システムは各々の駆動レベルで起動した状態に維持される。そして、制御ユニットは、トルク制御を用いて標準モードで作動する。
【００３６】
それぞれスイッチオンボタンであるボタン１又はボタン２が、３秒以上押下される場合、既に起動しているアンチロールバック機能が使用できなくなり、使用できなくなったアンチロールバック機能をオン状態とする。
【００３７】
従って、スイッチオンボタンであるボタン１及びボタン２は、アンチロールバック機能をオン状態とするため及びオフ状態とするために使用される。
【００３８】
アンチロールバック機能が作動するモードは、図５のフローチャートを用いて、以下で説明される。対応するプログラムシークエンスは、周期的に繰り返される。初めに、アンチロールバック機能が起動しているかどうかのクエリーが生じる。アンチロールバック機能が起動している場合、力がハンドリムに付与されているかどうかが測定される。この測定においては、力の付与が測定されるだけでなく、力の方向も測定される。この方向に応じて、方向が正と決定される場合にはフローチャートの右手部分の処理が行われ、方向が負と決定される場合、すなわち、正の方向と反対方向である場合、フローチャートの左手部分の処理が行われる。力が検出されない場合、タイマースイッチ（ＡＲＦタイマー）の値が調べられる。このタイマースイッチの値が、０秒を超えない場合、駆動モータから車輪に与えられるトルクＭは、時間に関して０に直線的に減少する。
【００３９】
タイマースイッチであるＡＲＦタイマーの値が０秒より大きい場合、車輪ｎの回転速度が０より小さく同時にフラグＮＲが１に設定されているかどうか、又は車輪ｎの回転速度が０より大きく同時にフラグＮＲが１に設定されているかどうかのクエリーが生じる。両方の条件が満たされない場合、サイクルは終了し、再びスタートからはじまる。両方の条件の一方が満たされると、回転速度制御が実行され、車輪回転数ｎの目標値が０に設定される。上述のクエリー及びフラグＮＲ及びＮＬの意味は、それぞれ、以下で、図５のフローチャートの左手側分岐及び右手側分岐を用いて説明する。
【００４０】
図５のフローチャートの右手側分岐は、アンチロールバック機能の起動状態において、正の力がハンドリムに手動で付与される場合、すなわち、ハンドリムで０よりも大きな力Ｆが検出される場合、実行される。この場合、回転数制御が実行されるかどうかという他のクエリーが実行される。上述のように、トルク制御は、一般的にアンチロールバックモードで使用される。正の力が生じていて回転数制御が実行されていない場合、次のクエリー及びそれから得られる操作は、省略され、車輪の回転速度ｎ＿車輪が０より大きいかどうかのクエリーが実行される。回転速度又は車輪の回転数、及びハンドリムに手動で付与される力に関して０より大きな値は、全て同じ方向である。最後に説明したクエリーの答えが、ｙｅｓならば、すなわち、車輪がハンドリムに手動で付与された力と同じ方向に回転しているならば、トルク制御が、さらに、実行され、タイマースイッチＡＲＦタイマーの値が５秒に設定され、且つフラグＮＲが値１に設定される。
【００４１】
しかしながら、図５のフローチャートにおける最上位のひし形において、回転数制御の実行が検出される場合、トルクの合計（Ｍ＿ＧＲ（１＋ｘ）で表現されるパラメータ）、すなわち、手動で駆動輪に付与される駆動力から生じるトルクと駆動輪に手動で付与される駆動力によって決まる駆動補助段階に応じて駆動モータにより与えられるトルクが、この制御に基づき計算された実行中のトルク制御に対応する、現時点で駆動モータにより与えられているトルクより大きいかどうかのクエリーが実行される。
【００４２】
このクエリーの答えが否定的である場合は、車椅子の運転者により手動で付与される力、及び駆動補助の段階に応じて駆動モータにより与えられる駆動力が、回転数制御により与えられる現時点のトルクより大きい十分なトルクを生み出していないことを意味する。もし、回転数制御が実行されない場合には、意図しない逆回転が生じる。従って、この場合、回転数制御は、実行状態のまま維持され、再び、車輪の回転が元の方向であるかどうかのクエリーが実行される。すなわち、車輪の回転数ｎ＿車輪は、０よりも大きいかどうかのクエリーが実行される。車輪の回転数ｎ＿車輪が、０よりも大きく無い場合、フラグＮＲが０に設定される。車輪の回転数ｎ＿車輪が、０よりも大きい場合、タイマースイッチＡＲＦタイマーの値が５秒に設定され、フラグＮＲが１に設定される。
【００４３】
しかしながら、前述の合計が仮定されるトルクの値、及び回転数制御にしたがう駆動モータの現在のトルクの値のクエリーにより、この仮定の合計がより大きくなることが検出されるように、車輪は実行されているトルク制御に応じて所望の方向に回転するであろう。この場合、回転数制御は、停止され、トルク制御が実行される。その後、車輪の回転数に関するクエリーが再び実行される。
【００４４】
図５に示されているフローチャートの左の分岐は、アナログ方式で進行する。この方式において、負の力、及び駆動輪の負の回転数は、力及び駆動輪の回転速度が同じ方向であることを意味する。例えば、これは、時計回り、又は反時計回りとして定義される。
【００４５】
従って、時計回りの回転、すなわち、０よりも大きいマーカー又はフラグＮＲの値は、図５のフローチャートの右の分岐に対応し、反時計回りの回転、すなわち、フラグＮＬの０より小さい値は、図５のフローチャートの左の分岐に対応する。
【００４６】
図５のフローチャートにおいて、ハンドリムに正の力がかかっており車輪が正の回転数を有する場合、フラグＮＲは１に設定される。その他の場合、フラグＮＲは、０に設定される。同様に、ハンドリムに負の力がかかり車輪が負の回転数を有する場合、フラグＮＬは１に設定される。
【００４７】
図５のフローチャートの中央の分岐における下方にある２つのひし形は、力がハンドリムに付与されない場合に関する。フラグを提供することにより、事前のサイクルにしたがって、車輪の回転の目標方向が検出される。図５のフローチャートの最も下方のひし形において、車輪の回転数が０より大きいかどうかのクエリーが実行され、加えて、フラグＮＬが値１を有するということは、負の力により車輪に負の回転数が与えられるであろうということを意味する。この場合、回転数の目標方向と実際の方向は、一致しないであろう。従って、このクエリーの答えが肯定的である場合、回転数制御が実行される。
【符号の説明】
【００４８】
１０          駆動輪
１１          ハブ
１２          ハンドリム
１３          支柱
１７        スポーク要素
１８        ホイールリム
１９        タイヤ
【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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【外国語明細書】
1.  Title of Invention
Drive assistance device for a wheel chair and a wheel chair having a drive
assistance device
2.  Detailed Description of Invention
2010057901.tif 000008
2010057901.tif 000009
2010057901.tif 000010
2010057901.tif 000011
2010057901.tif 000012
2010057901.tif 000013
2010057901.tif 000014
2010057901.tif 000015
2010057901.tif 000016
2010057901.tif 000017
2010057901.tif 000018
2010057901.tif 000019
2010057901.tif 000020
2010057901.tif 000021
2010057901.tif 000022
2010057901.tif 000023
2010057901.tif 000024
1.  Abstract
2010057901.tif 000025
2.  Representative Drawing
Fig.1
【図１】
2010057901.tif 000026
【図２】
2010057901.tif 000027
【図３】
2010057901.tif 000028
【図４】
2010057901.tif 000029
【図５】
2010057901.tif 000030