(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の進行方向に向かって左右に配置された二つの駆動輪の各々に加えられた人力と、該人力に基づいて求められた補助動力との合成力により車両の前後進及び旋回動作を行うようにした補助動力付き車椅子において、一方，他方の駆動輪に加えられた人力を検出する一方，他方の人力検出手段と、補助動力を発生する補助動力源と、上記一方の駆動輪Ｌ，他方の駆動輪Ｒに加えられる人力をＦＬ，ＦＲとするとき、該各駆動輪Ｌ，Ｒに加えられる補助動力ＴＬ，ＴＲが共にＦＬ及びＦＲの関数、
ＴＬ＝ｆ（ＦＬ，ＦＲ）
ＴＲ＝ｆ（ＦＲ，ＦＬ）
によって設定されるように上記補助動力源を制御する補助動力制御手段とを備えたことを特徴とする補助動力付き車椅子。
【請求項２】
請求項１において、上記補助動力制御手段は、上記二つの駆動輪に加えられる人力の合成力（αＦＬ＋βＦＲ）をＦＭとするとき、上記各駆動輪Ｌ，Ｒに加えられる補助動力ＴＬ，ＴＲを、それぞれＦＬ及びＦＭ，ＦＲ及びＦＭの関数、
ＴＬ＝ｆ（ＦＬ，ＦＭ）
ＴＲ＝ｆ（ＦＲ，ＦＭ）
によって設定される値に制御することを特徴とする補助動力付き車椅子。
【請求項３】
請求項２において、上記補助動力制御手段は、上記二つの駆動輪に加えられる人力の合成力ＦＭに基づく補助動力成分を人力供給停止後においても残存させることを特徴とする補助動力付き車椅子。
【請求項４】
請求項３において、上記補助動力制御手段は、上記ＦＭに基づく補助動力成分を人力供給停止後においても残存させ、かつ該残存成分の大きさを時間の経過と共に減衰させることを特徴とする補助動力付き車椅子。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れかにおいて、上記補助動力源は、電動モータであり、上記補助動力制御手段は、上記補助動力ＴＬ，ＴＲが目標の値となるように上記モータのトルク値を制御することを特徴とする補助動力付き車椅子。
【請求項６】
請求項１ないし４の何れかにおいて、上記補助力源は、電動モータであり、上記補助動力制御手段は、上記補助動力ＴＬ，ＴＲが目標の値となるように上記モータの回転速度，又は印加電圧値を制御することを特徴とする補助動力付き車椅子。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れかにおいて、上記人力検出手段，補助動力源，及び補助動力制御手段を上記左，右の駆動輪毎に別個に備えていることを特徴とする補助動力付き車椅子。
【請求項８】
請求項７において、上記各駆動輪に配設された制御手段同士をシリアル通信手段により接続したことを特徴とする補助動力付き車椅子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、左，右の駆動輪に間欠的に加えられる人力と、該人力の大きさに応じた補助動力との合成力によって前後進及び旋回動作を行うようにした補助動力付き車椅子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
手動車椅子と電動車椅子との中間的な存在として補助動力付き車椅子が提案されている。この補助動力付き車椅子は、左，右の駆動輪に間欠的に加えられる人力を検出し、該検出された人力に応じた補助動力を左，右の駆動輪に加えることによって歩行の不自由な乗り手の肉体的な負担を軽減するものであり、乗り手は手動車椅子の感覚で操作することができ、精神的苦痛も緩和される。
【０００３】
ところで上記補助動力付き車椅子の場合、人力が加えられた車輪にのみ、その人力の大きさに比例した補助動力を付加するものであるため、増大した推進力によっていっそう旋回運動（ヨー運動）を発生し易く、直進性に悪影響を及ぼす可能性がある。また、人力が加えられている期間のみ補助動力を付加する方式を採用しているので、例えば登坂のような時には、人力供給停止の途端に急激に減速して止まってしまったり、あるいは前後双方向に補助動力を付加するため人力供給停止後はモータや駆動系が逆に負荷となり、補助動力の効果を相殺してしまう問題がある。
【０００４】
そこで本出願人は、人力供給停止後においても補助動力を残存させるようにした補助動力付き車椅子を開発し、先に出願している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記開発にかかる補助動力付き車椅子では、左右の補助動力系の動力特性が全く同一であり、かつ左右の人力が全く同一である場合は問題は無い。
ところが、例えば、平地における旋回動作において左右駆動輪に異なる強さの人力が入力された時には、通常の補助動力無しの車椅子では、入力中は駆動力に差が生じるので車椅子は旋回動作を行い、かつ入力停止後は略該停止時の方向に向けて直進する。一方、上記開発にかかる補助動力付き車椅子では、各駆動輪の補助動力が独立して異なる大きさでもって残存するために人力入力停止後にも旋回動作が残ってしまい、違和感が生じる。
【０００６】
また直進動作において全く同一の人力を入力した場合でも、入力検出センサから駆動系までの構成の製造上のばらつき等により、残存力の大きさや時間が異なって現れるため、これも旋回動作として作用する。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、乗り手の負担を軽減でき、手動車椅子と同様の操作感を実現することができる補助動力付き車椅子を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、車両の進行方向に向かって左右に配置された二つの駆動輪の各々に加えられた人力と、該人力に基づいて求められた補助動力との合成力により車両の前後進及び旋回動作を行うようにした補助動力付き車椅子において、一方，他方の駆動輪に加えられた人力を検出する一方，他方の人力検出手段と、補助動力を発生する補助動力源と、上記一方の駆動輪Ｌ，他方の駆動輪Ｒに加えられる人力をＦＬ，ＦＲとするとき、該各駆動輪Ｌ，Ｒに加えられる補助動力ＴＬ，ＴＲが共にＦＬ及びＦＲの関数、
ＴＬ＝ｆ（ＦＬ，ＦＲ）
ＴＲ＝ｆ（ＦＲ，ＦＬ）
によって設定されるように上記補助動力源を制御する補助動力制御手段とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１において、上記補助動力制御手段は、上記二つの駆動輪に加えられる人力の合成力（αＦＬ＋βＦＲ）をＦＭとするとき、上記各駆動輪Ｌ，Ｒに加えられる補助動力ＴＬ，ＴＲを、それぞれＦＬ及びＦＭ，ＦＲ及びＦＭの関数、
ＴＬ＝ｆ（ＦＬ，ＦＭ）
ＴＲ＝ｆ（ＦＲ，ＦＭ）
によって設定される値に制御することを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２において、上記補助動力制御手段は、上記二つの駆動輪に加えられる人力の合成力ＦＭによる補助動力成分を人力供給停止後においても残存させることを特徴としている。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項３において、上記補助動力制御手段は、上記ＦＭによる補助動力成分を人力供給停止後においても残存させ、かつ該残存成分の大きさを時間の経過と共に減衰させることを特徴としている。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１ないし４の何れかにおいて、上記補助動力源は、電動モータであり、上記補助動力制御手段は、上記補助動力ＴＬ，ＴＲが目標の値となるように上記モータのトルク値を制御することを特徴としている。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１ないし４の何れかにおいて、上記補助力源は、電動モータであり、上記補助動力制御手段は、上記補助動力ＴＬ，ＴＲが目標の値となるように上記モータの回転速度，又は印加電圧値を制御することを特徴としている。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項１ないし６の何れかにおいて、上記人力検出手段，補助動力源，及び補助動力制御手段を上記左，右の駆動輪毎に別個に備えていることを特徴としている。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項７において、上記各駆動輪に配設された制御手段同士をシリアル通信手段により接続したことを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１ないし図１５は本発明の一実施形態による補助動力付き車椅子を説明するための図であり、図１は上記車椅子の側面図、図２は該車椅子の平面図、図３は上記車椅子の背面図、図４は上記車椅子の車輪のハブ部分のカバーを取り外した状態を示す正面図、図５は図４のＡ−Ａ線断面図、図６は上記車椅子の車輪のハブ部分の背面図、図７は図６のＢ−Ｂ線断面図、図８は図７のＣ−Ｃ線に沿う一部破断面図、図９は上記車椅子のコントローラの構成を示すブロック図、図１０は入力信号と目標トルクとの関係をアシスト比をパラメータとして示す図、図１１は入力信号特性図、図１２は上記車椅子の補助動力の制御動作を示すシステムの構成図、図１３〜図１５は上記車椅子１の補助動力の制御動作を説明するためのフローチャート図である。
【００１７】
本実施形態に係る補助動力付車椅子１は、既存の折り畳み式手動車椅子に補助動力装置(Power Assist System) を組み付けたものである。この車椅子１は車体の左右に駆動輪である車輪２を着脱自在に取り付けて構成され、これのパイプ枠状のフレーム３の前後部は左右一対のキャスタ４と車輪２によって移動自在に支持されている。
【００１８】
又、上記フレーム３の中央部には、乗員が着座すべき布製のシート５（図２及び図３参照）が張設されている。尚、フレーム３は図３に示すように前後一対のクロス部材３ａを有しており、Ｘ字状を成す２本のクロス部材３ａはその交点を軸６によって枢着されている。
【００１９】
更に、フレーム３の後部には左右一対のハンドルアーム３ｂが立設されており、各ハンドルアーム３ｂの上端部は後方に折曲され、その折曲部には介助者用のグリップ７が取り付けられている。
【００２０】
又、フレーム３の上記ハンドルアーム３ｂの中間高さ位置から車体前方に水平に延びる左右一対のアーム３ｃはその前端部が略直角に折り曲げられて垂直下方に延び、その下端部に前記キャスタ４が回転自在に支持されているが、右側（シート５に着座した乗員にとって右側）のアーム３ｃの直角に折り曲げられた部分（垂直部分の上部）にはメインスイッチ８が取り付けられている。そして、前記アーム３ｃの下方に配された左右一対のアーム３ｄの前側部分は車体前方に向かって斜め下方に延出されており、その延出端（前端部）には左右一対のステップ９が取り付けられている。
【００２１】
ところで、前記左右一対の車輪２の各々は、図５に示すように、フレーム３に溶接されたボス部１０に支持された車軸１１にボールベアリング１２を介して回転自在に支承されており、各車輪２の外側には、乗員が手でこれを回すべきリング状のハンドリム１３が設けられている。このハンドリム１３は、車輪２のハブ２ａに形成されたボス部２ａ−１にブッシュ６０を介して回転自在に支持された円板状のディスク１４に３本のスポーク１５を介してボルト１６によって取り付けられており、従って、該ハンドリム１３は車輪２に対して独立に回転し得る。
尚、本実施形態においては、図５に示すように、車輪２のハブ２ａとディスク１４との間には弾性体から成るシーリング１７が介設されており、ディスク１４はこれにボルト１８にて結着されたカバー１９によって覆われている。尚、シーリング１７はシール機能と共にディスク１４の周方向の振動を抑制するダンパー機能を果たす。
【００２２】
而して、上記ハンドリム１３は、その全周の３個所が図４に示す構造によって車輪２に対して弾性的に連結されている。
【００２３】
即ち、図４に示すように、車輪２のハブ２ａに形成された各一対のストッパ２０で挟まれる径方向外方に向かって広がる空間にはスプリング２１が介装されており、各スプリング２１はハブ２ａに固定された保持部材２２によってその脱落が防がれている。
【００２４】
ところで、上記各スプリング２１はその両端がスプリング受け２３によって受けられており、前記ハンドリム１３に人力が加わらない中立状態においては、図４に示すように、スプリング受け２３は前記一対のストッパ２０に当接している。尚、各ストッパ２０の中央部分には溝２０ａが貫設されている。
【００２５】
一方、図４に示すように、前記ディスク１４の全周３個所にはブラケット２４がボルト２５によって位置調整可能に取り付けられており、各ブラケット２４の両端部には一対のピン２６が内方に向かって突設されており、各一対のピン２６は、ハンドリム１３に人力が加わらない中立状態においては、図４に示すように前記スプリング受け２３の端面に当接している。尚、各ブラケット２４の両端部には径方向に長い長孔２４ａが形成されており、各長孔２４ａには前記ボルト２５が挿通されている。従って、ボルト２５を緩めれば、ブラケット２４を径方向に移動させてその位置を調整することができ、スプリング受け２３の端面（ピン２６が当接すべき端面）は図示のように傾斜しているため、中立状態においてブラケット２４を前述のように径方向に移動させることによってスプリング受け２３に対するピン２６の位置を調整することができ、図４に示すように中立状態において一対のピン２６をスプリング受け２３に当接せしめることができる。
【００２６】
又、図４及び図５に示すように、ハンドリム１３側のディスク１４には、ハンドリム１３に加えられる人力の大きさ及び方向を検出するためのポテンショメータ２７が０点補正が可能なように位置調整可能に固接されており、該ポテンショメータ２７の人力軸２７ａの端部にはレバー２８の一端が決着されており、該レバー２８の他端は、車輪２のハブ２ａに突設されたピン２９にゴム製のキャップ３０を介して長孔結合している。尚、キャップ３０はレバー２８のガタを防止するためのものである。
【００２７】
而して、前記スプリング２１、ポテンショメータ２７等は、乗員によってハンドリム１３に加えられる人力を検知するための人力検知手段を構成しており、該人力検知手段は前記シールリング１７によってシールされた車輪２のハブ２ａとディスク１４及びカバー１９によって囲まれる密閉空間内に収納されている。
【００２８】
一方、図５及び図６に示すように、左右一対の車輪２の各ハブ２ａの車幅方向内側には円板状の固定プレート３１が車輪１１に結着されて設けられており、該固定プレート３１のハブ２ａ側の内面には車輪２のハブ２ａのボス部２ａ−２を覆う円筒状の保持部材３２とリング状の保持リング３３がボルト３４によって結着されるとともに、制御手段を構成するコントローラ３５が取り付けられている。又、固定プレート３１の車体側外面には、図６及び図７に示すように、駆動モータ（補助動力源）３６と車輪側カプラー３７が取り付けられている。尚、固定プレート３１の少なくとも前記コントローラ３５が設置される部位の外面には、図５及び図６に示すように、縦方向の複数の放熱用溝３１ａが形成されている。
【００２９】
ところで、各車輪２のハブ２ａの内部には前記固定プレート３１で囲まれる空間が形成されるが、該空間は固定プレート３１と前記保持リング３３に固定されたリング状の隔壁３８によって室Ｓ１とＳ２とに区画されており、隔壁３８の一部には図７に示すように開口部３８ａが形成されている。又、回転側のハブ２ａのボス部２ａ−２にはリング状のインナートランス３９ａが固定され、固定側の前記保持部材３２及び保持リング３３の間にはアウタートランス３９ｂが挟持されている。これらのインナートランス３９ａとアウタートランス３９ｂは僅かなギャップを介して互いに同心状に配置され、コントローラ３５とポテンショメータ２７間の信号伝達手段を構成する回転トランス３９を構成している。尚、前記コントローラ３５は室Ｓ１内に収納されている。
【００３０】
而して、前記駆動モータ３６によって発生する補助動力は車輪２に伝達されるが、この動力伝達機構の構成を図７及び図８に基づいて以下に説明する。
【００３１】
動力伝達手段はプーリ４０, ４１とベルト４２及び複数のギヤＧ１〜Ｇ４を含んで構成されるが、前記小径のプーリ４０は前記駆動モータ３６の出力軸３６ａの端部に結着され、前記大径のプーリ４１は中間軸４３の一端に結着されており、両プーリ４０, ４１間に無端状の前記ベルト４２が巻装されている。
【００３２】
上記中間軸４３とこれに平行に配された駆動軸４４は、図７に示すように、前記固定プレート３１とカバー４５にベアリング４６, ４７を介してそれぞれ回転自在に支承されており、中間軸４３には前記ギヤＧ１が一体に形成されており、該ギヤＧ１は駆動軸４４の一端に結着されたギヤＧ２に噛合している。そして、駆動軸４４の他端は前記隔壁３８に形成された開口部３８a （図５参照）を貫通して室Ｓ２内に臨んでおり、その端部に一体に形成された小径の前記ギヤＧ３はハブ２ａの内周に結着された大径のリングギヤＧ４に噛合している。尚、動力伝達手段を構成する前記プーリ４０, ４１とベルト４２及びコントローラ３５は潤滑油を嫌うため、隔壁３８で仕切られた室Ｓ１内に収納され、ギヤＧ３, Ｇ４は室Ｓ２内に収納されている。
【００３３】
而して、以上説明したスプリング２１やポテンショメータ２７によって構成される人力検出手段、回転トランス３９によって構成される信号伝達手段、コントローラ３５によって構成される制御手段、駆動モータ３６及びプーリ４０, ４１やベルト４２及びギヤＧ１〜Ｇ４によって構成される動力伝達手段が補助動力系を構成しているが、この補助動力系は各車輪２のハブ２ａの車輪１１廻りに径方向及び軸方向に亘って集約的に配置されており、このように補助動力系をハブ２ａに配置して成る車輪２が左右に同一構造に構成され、前述のように各車輪２は車体に対して着脱自在に取り付けられている。
【００３４】
ここで、車輪２の脱着構造を図５に基づいて説明する。
車輪２を回転自在に支承する前記車軸１１は中空状に形成されており、その内部には小径のロッド４８が挿通されている。そして、該ロッド４８の内端部には車軸１１の内端面に係合する係止部材４９が結着され、同ロッド４８の外端部には押圧部材５０が結着されており、これら係止部材４９と押圧部材５０は車輪１１内に摺動自在に嵌装されており、これらの径はロッド４８のそれよりも大きく設定されている。尚、上記ロッド４８と係止部材４９及び押圧部材５０はスプリング５１によって外側方（図５の下方）に常時付勢されている。又、図５において、６１はストッパを構成するサークリップである。
【００３５】
又、車輪１１の内端部（係止部材４９が嵌装されている部分）には複数の円孔１１ａが形成されており、各円孔１１ａにはボール５２が保持されている。尚、前記カバー１９の中央部には撓曲自在なゴムキャップ５３が被着されており、該ゴムキャップ５３内に前記押圧部材５０が臨んでいる。
【００３６】
一方、フレーム３に溶接されたボス部１０には円筒状のスリーブ５４が挿通しており、該スリーブ５４はこれの外周に螺合するナット５５によってボス部１０に結着されている。
【００３７】
而して、各車輪２は車軸１１の内端部分を外側方から上記スリーブ５４に挿通することによって車体に取り付けられるが、これの取付状態においては、図５に示すようにボール５２が係止部材４９によって径方向外方に押し出されて車軸１１の外周面から突出しており、該ボール５２がスリーブ５４の内端面に係止されるために車軸１１の抜けが阻止され、これによって車輪２が車体に確実に取り付けられる。
【００３８】
次に、取付状態にある車輪２を車体から取り外すには、ゴムキャップ５３を指で押して押圧部材５０とロッド４８及び係止部材４９をスプリング５１の付勢力に抗して一体的に車体内側方に移動させる。すると、係止部材４９がボール５２の位置から退避して小径のロッド４８がボール５２の部分に位置するため、ボール５２は車軸１１の径方向内方に移動して車軸１１の外表面から没することができ、そのまま車輪２全体を外側方へ引き出せば車軸１１をスリーブ５４から抜くことができ、従って、車輪２をワンタッチで容易に車体から取り外すことができる。
【００３９】
そして、車輪２を車体に再び取り付けるには、ゴムキャップ５３を押さえて押圧部材５０とロッド４８及び係止部材４９を車体内側方へ移動させたまま車軸１１をスリーブ５４に挿通せしめ、その後にゴムキャップ５３から指を離せばよい。すると、ボール５４が係止部材４９によって径方向外方に押し出されて車軸１１の外周面から突出し、該ボール５２がスリーブ５４の内端面に係止されるために車軸１１の抜けが阻止され、これによって車輪２が車体にワンタッチで容易に取り付けられる。
【００４０】
尚、図５及び図６に示すように、各車輪２の固定プレート３１の外面周縁には車体内側方（即ち、車輪２の脱着方向）に向かってコ字状に開口する回り止め部材５６が結着されており、フレーム３には係止部材５７が結着されており、前述の要領で車輪２を車体に取り付けると同時に回り止め部材５６が係止部材５７に嵌合して固定プレート３１等の固定側部分の回り止がなされる。
【００４１】
ところで、本実施形態に係る手動式電動車椅子１にあっては、図１乃至図３に示すように右側の車輪２側にバッテリ５８が脱着可能に取り付けられており、車体（フレーム）３側にはワイヤーハーネス５９が設置されている。
【００４２】
而して、前述のように左右の車輪２は同一構造を有しているため、これらを車体に取り付けると、これらは車体前後方向中心廻りに点対称となる位置関係を保って配置されることとなる。同一構造の左右の車輪２をこのように配置することによって、図３に示すように、左右の車輪２の各内側方に突出する駆動モータ３６が上下方向に互いに段差をもって配されることとなり、当該車椅子１を折り畳んだ際に両駆動モータ３６が互いに干渉することがなく、この結果、車椅子１をコンパクトに、且つ、容易に折り畳むことができる。
【００４３】
尚、左右の車輪２を前述の要領で車体に取り付けた後は、各車輪２の固定プレート３１に取り付けられた前記カプラー３７を車体側に設置された前記ワイヤーハーネス５９のカプラー５９Ａに接続すれば、右側の車輪２に配置された前記バッテリ５８から左側の車輪２に設けられた駆動モータ３６やコントローラ３５等への給電がワイヤーハーネス５９を介してなされる。
【００４４】
次に、上記コントローラ３５の構成を図９に基づいて説明する。
図９はコントローラ３５の構成を示すブロック図であり、該コントローラ３５は、上記ポテンショメータ２７によって検出されるハンドリム１３に加えられる人力を回転トランス３９を介して入力するセンサドライブＩ／Ｆ７０と、該入力された人力に基づいて補助動力の目標値（目標トルク）を演算するＣＰＵ７１と、該ＣＰＵ７１と駆動モータ３６とを接続するモータ出力Ｉ／Ｆ７２と、モータ３６の出力が上記演算された目標トルクとなるように該モータ３６に供給される電流値をフィードバック制御するモータドライバ７３と、上記左右のＣＰＵ７１，７１同士を接続する通信Ｉ／Ｆ７４とを備えている。また、本実施形態の左右の通信Ｉ／Ｆ７４，７４同士はシリアルケーブル（シリアル通信手段）７５で接続されており、上述のように入力された左右の人力の大きさはこの通信Ｉ／Ｆ７４，７４を介して左右のコントローラ３５，３５に互いに伝達されるようになっている。
【００４５】
このようにハンドリム１３に人力ＦＬ，ＦＲが間欠的に加えられると該人力はポテンショメータ２７によって検出され、その検出信号Ｖinは上記コントローラ３５，３５に入力される。
【００４６】
上記左右のコントローラ３５，３５の各ＣＰＵ７１, ７１は、ポテンショメータ２７から出力された入力信号Ｖinに対し所要のアシスト比に基づいて目標トルクτを演算し、それに見合う制御信号をモータ出力Ｉ／Ｆ７２を介してモータドライバ７３に出力する。図１０は、入力信号Ｖinと目標トルクτとの関係（モータ出力Ｉ／Ｆ７２，モータドライバ７３の特性）をアシスト比をパラメータとして示したものであり、同図から明らかなように、入力信号Ｖinの値がＶi1〜Ｖi2の範囲にあるときは、目標トルクτは０となり、電気的な不感帯域が形成される。
【００４７】
ここで、上記左，右の車輪２, ２へ供給される補助トルクτＬ′，τＲ′の制御を図１２に基づいて説明する。図１２は本実施形態車椅子１の補助動力の制御動作を示すシステムの構成図である。
【００４８】
上記コントローラ３５には、乗り手の身体条件等に基づいて予め設定された種々の増幅比率ＫＬ，ＫＲ，ＫＭ，及び合成比率α，βが記憶されており、本実施形態では、乗り手が右腕より左腕の方が力が強い場合を想定して、上記ＫＬ，αが０．４に、上記ＫＲ，βが０．６に、上記ＫＭが１．０にそれぞれ設定されている。
【００４９】
まず、上述のポテンショメータ２７で構成される人力検出手段２７からの入力信号、即ち、上記検出された人力ＦＬ，ＦＲと、上記増幅比率ＫＬ，ＫＲとの積が演算されて、人力が入力中の例えば旋回中の旋回力を補助する補助力AssistＬ，Ｒが算出される。なお、AssistＬ，Ｒは人力供給が停止された後は０となる。
【００５０】
また、上記人力ＦＬと合成比率αとの積が、また、上記人力ＦＲとβとの積がそれぞれ演算され、それらの和と上記増幅比率ＫＭとの積が演算されて、人力供給中の直進アシストをするとともに、人力供給が停止された後の直進惰行を行う補助力AssistＭがトルク残存部７６によって算出される。即ち、補助力AssistＭは、直進力を補助するもので、上記ＣＰＵ７１により人力供給中に出力されるのは勿論、人力供給が停止された後にも出力され、その大きさは時間とともに減少されるようになっている。
【００５１】
そして、上記補助力AssistＬ又はAssistＲとAssistＭとの和がモータドライバ７３に対するトルク指令値τＬ* , τＲ* として設定され、補助トルクτＬ′が上記トルク指令値τＬ* となるよう、上記モータ３６に供給される電流値がモータドライバ７３によってフィードバック制御される。そして上記補助トルクτＬ′と左輪への人力トルクとの和が左輪推進トルクτＬとなる。
【００５２】
また、上記補助トルクτＲ′が上記トルク指令値τＲ* となるよう、上記モータ３６に供給される電流値がモータドライバ７３によってフィードバック制御される。そして上記補助トルクτＲ′と右輪への人力トルクとの和が右輪推進トルクτＲとなる。
【００５３】
このようにして、本実施形態では、左，右車輪２，２に加えられる補助動力ＴＬ，ＴＲつまり補助トルクτＬ′，τＲ′は、共に左，右人力ＦＬ，ＦＲを合成比率α，βでもって合成した値と、左，右人力ＦＬ，ＦＲを増幅比率ＫＬ，ＫＲでもって増幅した値との和として求められる。即ち、補助動力ＴＬ，ＴＲは共に左，右人力ＦＬ，ＦＲの合成力と左，右人力ＦＬ，ＦＲとの関数として求められる。
【００５４】
次に、上記左，右のコントローラ３５，３５のＣＰＵ７１，７１による制御動作を図１３〜図１５に基づいて説明する。図１３〜図１５は上記車椅子１の補助動力の制御動作を説明するためのフローチャート図である。
【００５５】
上記コントローラ３５，３５による制御では、図１３に示すように、前処理として、このコントローラ３５の各種メモリ及びタイマのリセット等が行われ（ステップＳ１）、次に、割り込み待機＆通信処理として、上記左，右の車輪２，２に供給される補助力の目標トルクの演算や上記コントローラ３５，３５間の通信等が行われる（ステップＳ２）。そして、この割り込み待機＆通信処理（ステップＳ２）が繰り返される。
【００５６】
上記ステップＳ２における割り込み待機処理では、図１４に示すように、上記入力されたアナログ信号である人力をデジタル変換するＡＤ，ポート入力処理（ステップＳ３）と、上記車輪２，２に供給される補助力の目標トルクを演算する補助トルク演算処理（ステップＳ４）と、上記演算されたトルクを上記モータドライバ７３に出力するトルク出力処理（ステップＳ５）と、上記各処理等において検出された異常に対するエラー処理等が行われる各種異常処理（ステップＳ６）とが順次行われて繰り返されるようになっている。
【００５７】
上記補助トルク演算処理（ステップＳ４）では、図１５に示すように、まず、上記一方の車輪に入力された人力Ｆ１ｎが所定の上，下限値Ｆｌｏｗ，Ｆｈｉｇｈの範囲にあるか否かが判断され（ステップＳ７）、上記人力Ｆ１ｎが所定の範囲外の時には入力値の異常としてエラー処理が行われる（ステップＳ８）。なお、上記ｎはこの制御の処理回数を示している。
【００５８】
次に、上記人力Ｆ１ｎの印加方向を判断するものとして極性処理が行われる（ステップＳ９）。具体的には、上記Ｆ１ｎから図１１に示すＦｎｕｌｌの値を差し引いた値が新たにＦ１ｎにセットされ、この値が、例えば、０よりも大のときは前進方向、０よりも小のときは後進方向として判断される。なお、上記図１１は、上記車椅子１の走行時における上記ポテンショメータ２７からの入力信号の特性を示す図であり、上記Ｆｎｕｌｌ，即ちＶｎｕｌｌは停止時の上記入力信号を示している。
【００５９】
また、上記通信処理（ステップＳ２）において、左，右のＣＰＵ７１，７１間で送受信されたデータのレジスタ処理（ステップＳ１０）が行われる。具体的には、送信データを格納する送信レジスタＴｘに上記Ｆ１ｎがセットされ、受信データを格納する受信レジスタＲｘに他方の車輪に入力された人力Ｆ２ｎがセットされる。
【００６０】
そして、上記入力された人力Ｆ１ｎと上記所定の合成比率αとの積が、また、上記受信された人力Ｆ２ｎと上記所定の合成比率βとの積がそれぞれ演算されて、これらの和ＦＭｎが上記車椅子１の重心に作用する人力の合成力として算出される（ステップＳ１１）。
【００６１】
次に、上記ＦＭｎ（人力の合成力）の絶対値で示される大きさが所定のしきい値ｈ以上であって上記不感帯領域にないと判断された時は（ステップＳ１２）、入力値の積分処理が行われる（ステップＳ１３）。これは、上記演算されたＦＭｎと所定の定数ａとの積が、また、前回の値と所定の定数ｂとの積がそれぞれ演算され、これらの和を算出することで行われ、この和が上記入力信号ＦＭｎを積分した演算値Ｙｎとして設定される。
【００６２】
また、上記ステップＳ１２で上記ＦＭｎの大きさが所定のしきい値ｈより小さく上記不感帯領域にあると判断された時は、前回の値Ｙｎ−１を予め設定された１より小さい所定の定数ｃで減衰させた値が、新たな演算値Ｙｎとして設定される（ステップＳ１４）。
【００６３】
次に、上記Ｙｎの絶対値が、予め設定された所定の制限値Ｙｍａｘを上回るか否かが判断され（ステップＳ１５）、上回る場合は上記ＹｎがＹｍａｘに設定される（ステップＳ１６）。
【００６４】
そして、上記ステップＳ１５で上記Ｙｎが制限値Ｙｍａｘ以下であると判断されると、上記設定されたＹｎと所定の定数ｄとの積と、上記Ｆ１ｎと所定の定数ｅとの積との和が、上記トルク指令値Assistτ* として算出される（ステップＳ１７）。なお、上記定数ｄ，ｅはアシスト比を設定する所定の係数を示しており、ｄは上記増幅比率ＫＭに相当し、ｅは同じくＫＬ，ＫＲに相当する。
【００６５】
上記演算された上記トルク指令値Assistτ* と上記ステップＳ９における前進又は後進の判定とにより、駆動モータ３６の回転方向，トルクが設定され、上記ＣＰＵ７１により上記モータ３６が制御される。
【００６６】
本実施形態の補助動力付き車椅子１では、左右の駆動輪２，２のそれぞれに加えられる各補助動力の大きさを、左右の駆動輪２，２に加えられる人力の合成力（ＦＭ＝αＦＬ＋βＦＲ）、及び各人力（ＦＬ，ＦＲ）とに基づいて設定するようにしたので、該車椅子１の推進力は、例えば片側の駆動輪についてみると、自輪に入力された人力による推進トルク（ＦＬ又はＦＲ）、自輪についての直接的な補助動力トルク（AssistＬ又はＲ）、及び左，右駆動輪に入力され重心に保存される仮想の運動量による補助動力トルクAssistＭの合成力となる。
【００６７】
このように、一方の駆動輪に加えられる補助動力を、該一方の駆動輪と他方の駆動輪とに加えられる人力に基づいて演算するようにしたので、増大した推進力によって発生し易い旋回運動（ヨー運動）を軽減できる。
【００６８】
そして使用者の腕力にアンバランスがある場合には、左，右の直接的な補助動力の増幅比率ＫＬ，ＫＲを異なる値とし、また重心に作用するとみなす合成力を求める合成比率α，βも異なる値としたので、乗り手の左右の腕力の違いを吸収でき、乗り手の負担を軽減できるとともに、走行性を向上できる。この場合、上記増幅比率，合成比率の設定により、一方の車輪２のみに人力が入力された場合でも、両方の車輪２，２へ補助力を供給することができ、乗り手の負担を軽減することができる。
【００６９】
また、人力の入力が停止された後は、左右同じ大きさの補助力AssistＭを残存させるとともに、その大きさを時間とともに減少するようにしたので、人力供給停止後には、仮想の運動量が重心に保存されたとみなすことができ、旋回中に乗り手が上記ハンドリム１３から手を離した時に旋回をし続けることを回避でき、手動車椅子と同様の操作感を実現することができる。また、坂道においては、人力の入力停止後に急激に減速して止まってしまう等の問題を回避でき、乗り手の負担をより軽減することができる。
【００７０】
また、上記ポテンショメータ２７，モータ３６，コントローラ３５を左，右の車輪２に別個に配設したので、各車輪２の組み立て性を向上することができ、コストを低減でき、また、上記補助比率の自由度を拡大でき、乗り手の状態に応じた補助動力の供給が可能となり、乗り手の負担をより軽減することができる。
【００７１】
また、上記２つのＣＰＵ７１同士をシリアルケーブルで接続し、時間間隔をあけて異なるデータを送るシリアル通信を採用したので、信号線数を削減でき、上記ケーブル同士をコネクタにより連結できることとなり、上記車輪２，２を独立して取り扱うことが容易である。
【００７２】
また、補助動力として上記電動モータ３６による目標トルクを演算するようにしたので、速度変化に対する抵抗を減少できるため、人力による旋回を容易にできる。
【００７３】
なお、上述のように、上記モータ３６の目標トルクを演算する方法の他に、補助動力として目標回転速度を演算するようにしても良く、このようにした場合、負荷変動に関わらず速度が維持されるので、登坂時等にも平地と同様の操作回数で走行でき、またより安定した直進走行を実現することができる。なお、補助動力として上記モータ４１の目標印加電圧を演算するようにしても良い。
【００７４】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明に係る補助動力付き車椅子によれば、左，右駆動輪への補助動力ＴＬ，ＴＲのそれぞれを、左，右駆動輪への人力ＦＬ，ＦＲの両方の関数として、つまり一方の駆動輪に加える補助動力を左右両側の駆動輪に加えられる人力に基づいて設定するようにしたので、駆動力の発生点を車椅子の重心に近づけることができるため、駆動力の増大によって生じ易くなった車体の旋回運動を軽減でき、乗り手の負担を軽減することができる効果がある。
【００７５】
請求項２の発明によれば、左，右駆動輪への補助動力ＴＬ，ＴＲのそれぞれを、左，右駆動輪への人力ＦＬ，ＦＲの合成力ＦＭとＦＬ又はＦＲとの関数として、つまり一方の駆動輪に加える補助動力を左右両側の駆動輪に加えられる人力の合成力に基づいて設定するようにしたので、より一層安定した走行を実現できる効果がある。即ち、上記合成力ＦＭは車両全体の直進成分と考えられるので、このＦＭの補助動力成分を左，右駆動輪に出力すると、あたかも重心を押しているような操作感覚を与えることができ、使用者は自重が軽減されたと同じ効果が与えられ安定した走行ができる。
【００７６】
請求項３の発明によれば、人力入力が停止された後も補助動力を残存させ、また請求項４の発明では残存力の大きさを徐々に減衰させるようにしたので、仮想の運動量が重心に保存されているとみなすことができ、自重が軽減したかのような操作感を実現することができる効果がある。
【００７７】
請求項５の発明によれば、補助動力として電動モータの目標トルクを演算するようにしたので、走行速度の変化に対して抵抗となることがなく、人力による旋回動作を容易にできる効果がある。
【００７８】
請求項６の発明によれば、補助動力として電動モータの目標速度，目標印加電圧を演算するようにしたので、負荷変動があっても安定した直進走行を実現できる効果がある。
【００７９】
請求項７の発明によれば、人力検出手段，補助動力源，制御手段を左，右の駆動輪毎に別個に配設したので、組み立て性を向上でき、また、乗り手の左，右の腕の力の差異に応じて補助比率を左，右駆動輪毎に自由に設定でき、乗り手の負担をより一層軽減することができる効果がある。
【００８０】
請求項８の発明によれば、制御手段同士をシリアル接続したので、信号線数を削減できるとともに、コネクタを設けることにより左，右駆動輪を切り離して扱うことができ、この点からも組み立て性を向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による補助動力付き車椅子の側面図である。
【図２】上記車椅子の平面図である。
【図３】上記車椅子の背面図である。
【図４】上記車椅子の車輪のハブ部分のカバーを取り外した状態を示す正面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】上記車椅子の車輪のハブ部分の背面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】図７のＣ−Ｃ線断面図である。
【図９】上記車椅子のコントローラの構成を示すブロック図である。
【図１０】上記車椅子の人力入力信号と目標トルクとの関係をアシスト比をパラメータとして示す図である。
【図１１】上記人力と出力トルクとの特性図である。
【図１２】上記車椅子の補助動力の制御動作を示すシステムの構成図である。
【図１３】上記車椅子の補助動力の制御動作を説明するためのフローチャート図である。
【図１４】上記車椅子の補助動力の制御動作を説明するためのフローチャート図である。
【図１５】上記車椅子の補助動力の制御動作を説明するためのフローチャート図である。
【符号の説明】
１  補助動力付き車椅子
４，４  駆動輪
２７  ポテンショメータ（人力検出手段）
３５  コントローラ（補助動力制御手段）
３６  駆動モータ（補助動力源）
７５  シリアルケーブル（シリアル通信手段）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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