(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動車椅子において、
椅子が上方に設けられるベース部材と、
前記ベース部材の下方に取り付けられ、電動モータにより回転駆動する車輪の駆動方向を所望の移動方向に向けることができる少なくとも２つの駆動キャスタと、
前記駆動キャスタそれぞれの方向を検出する検出手段と、
目標移動方向および目標回転方向を指示する指示手段と、
前記指示手段の操作方向および操作量から移動ベクトルを算出し、前記検出手段によって検出された前記駆動キャスタの方向と前記移動ベクトルの方向から回転ベクトルを算出し、前記移動ベクトルと前記回転ベクトルを合成して前記駆動キャスタの電動モータのそれぞれに対する出力値を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された前記出力値と、前記電動モータの回転速度とに基づいて、前記電動モータのそれぞれをフィードバック制御によって速度制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記検出手段によって検出されたいずれかの前記駆動キャスタの方向と、前記算出手段によって算出された当該駆動キャスタに対応する前記移動ベクトルの方向との間の角度偏差が所定の角度以上乖離している場合には、移動方向の出力を制限し、回転方向への出力を優先して出力する、
ことを特徴とする電動車椅子。
【請求項２】
前記制御手段は、前記検出手段によって検出されたいずれかの前記駆動キャスタの方向と、前記算出手段によって算出された当該駆動キャスタに対応する前記移動ベクトルの方向との間の角度偏差が所定の第１角度以上である場合には移動方向の出力値を制限し、前記角度偏差が前記第１角度よりも小さい第２角度未満である場合には移動方向の出力の制限を解除し、前記角度偏差が前記第２角度以上かつ前記第１角度未満である場合には前記角度偏差の減少に応じて前記移動方向の出力の制限を解除することを特徴とする請求項１に記載の電動車椅子。
【請求項３】
前記算出手段は、前記検出手段によって検出されたいずれかの前記駆動キャスタの方向と、当該駆動キャスタに対応する前記移動ベクトルの方向とが９０度以上乖離している場合には、当該駆動キャスタに対応する前記移動ベクトルの方向を１８０度変更した方向を用いて前記回転ベクトルを算出することを特徴とする請求項１または２に記載の電動車椅子。
【請求項４】
前記制御手段は、前記指示手段を最大量まで操作した場合のステップ応答におけるむだ時間が０．１〜０．３秒の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電動車椅子。
【請求項５】
前記電動モータは３相ブラシレスモータによって構成され、
前記制御手段は、前記３相ブラシレスモータが有する回転子の位置検出用のホールセンサによって前記電動モータの回転速度を検出する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項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、電動車椅子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高齢化社会が進行しており、道路や病院のみならず一般住居内においても、電動車椅子が利用され始めている。一般住居内は移動スペースが狭いため、大きな回転半径で旋回移動することが困難であり、電動車椅子自体をその場で回転させる動作が求められる。また、一般住居内で利用される電動車椅子は、例えば、台所での家事において、前後方向のみならず左右方向など全方向に移動することが求められている。そこで、特許文献１〜３に示されるように、移動の自由度を拡張し全方向に移動できる電動車椅子の提案がなされている。
【０００３】
上記に示す電動車椅子は、椅子が上方に取り付けられているベース部材と、ベース部材に駆動キャスタが取り付けられている。この駆動キャスタは、車輪が軸支されている支軸がベース部材に回転自在に取り付けられ、所望の移動方向に車輪の駆動方向を向けることができる。そして、ジョイスティックにより搭乗者によって指示される移動方向に、電動車椅子の制御装置により車輪の駆動方向が向けられ、その方向において車輪が回転駆動させることにより搭乗者の意図する方向に電動車椅子が移動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１３６８３７号公報
【特許文献２】特開２００８−２１２２７２号公報
【特許文献３】特開２００８−２１３５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１から３に示す技術では、負荷が重い場合（例えば、搭乗者の体重が重い場合や床が柔らかい場合）には、ジョイスティックを操作しても動作しないことがあるという問題点が生じていた。
【０００６】
そこで、本発明は負荷状態によらず搭乗者の指示に応じて確実に動作する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】
上記課題を解決するために、本発明は、電動車椅子において、椅子が上方に設けられるベース部材と、前記ベース部材の下方に取り付けられ、電動モータにより回転駆動する車輪の駆動方向を所望の移動方向に向けることができる少なくとも２つの駆動キャスタと、前記駆動キャスタそれぞれの方向を検出する検出手段と、目標移動方向および目標回転方向を指示する指示手段と、前記指示手段の操作方向および操作量から移動ベクトルを算出し、前記検出手段によって検出された前記駆動キャスタの方向と前記移動ベクトルの方向から回転ベクトルを算出し、前記移動ベクトルと前記回転ベクトルを合成して前記駆動キャスタの電動モータのそれぞれに対する出力値を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された前記出力値と、前記電動モータの回転速度とに基づいて、前記電動モータのそれぞれをフィードバック制御によって速度制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記検出手段によって検出されたいずれかの前記駆動キャスタの方向と、前記算出手段によって算出された当該駆動キャスタに対応する前記移動ベクトルの方向との間の角度偏差が所定の角度以上乖離している場合には、移動方向の出力を制限し、回転方向への出力を優先して出力する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、負荷状態によらず搭乗者の指示に応じて確実に動作することが可能になる。
【０００８】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記制御手段は、前記検出手段によって検出されたいずれかの前記駆動キャスタの方向と、前記算出手段によって算出された当該駆動キャスタに対応する前記移動ベクトルの方向との間の角度偏差が所定の第１角度以上である場合には移動方向の出力値を制限し、前記角度偏差が前記第１角度よりも小さい第２角度未満である場合には移動方向の出力の制限を解除し、前記角度偏差が前記第２角度以上かつ前記第１角度未満である場合には前記角度偏差の減少に応じて前記移動方向の出力の制限を解除することを特徴とする。
【０００９】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記算出手段は、前記検出手段によって検出されたいずれかの前記駆動キャスタの方向と、当該駆動キャスタに対応する前記移動ベクトルの方向とが９０度以上乖離している場合には、当該駆動キャスタに対応する前記移動ベクトルの方向を１８０度変更した方向を用いて前記回転ベクトルを算出することを特徴とする。
このような構成によれば、駆動キャスタを目的の方向に迅速に回転させることが可能になる。
【００１０】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記制御手段は、前記指示手段を最大量まで操作した場合のステップ応答におけるむだ時間が０．１〜０．３秒の範囲内に設定されていることを特徴とする。
このような構成によれば、指示手段を急激に操作した場合であっても搭乗者の体に負担がかかることを防止できる。
【００１２】
また、他の発明は、前記電動モータは３相ブラシレスモータによって構成され、前記制御手段は、前記３相ブラシレスモータが有する回転子の位置検出用のホールセンサによって前記電動モータの回転速度を検出することを特徴とする。
このような構成によれば、３相ブラシレスモータが有するホールセンサを流用することにより、新たな部品を使用せずに速度制御を行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、負荷状態によらず搭乗者の指示に応じて確実に動作する電動車椅子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る電動車椅子の構成例を示す正面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電動車椅子の構成例を示す底面図である。
【図３】図１に示す駆動キャスタの一部断面図である。
【図４】図１に示す制御装置を構成する制御回路のブロック図である。
【図５】減速機付モータが有する駆動部の構成例を示すブロック図である。
【図６】ジョイスティックのＸ，Ｙ成分を示す図である。
【図７】ジョイスティックのＺ成分のＸ，Ｙ成分への変換を示す図である。
【図８】合成ベクトルを説明するための図である。
【図９】最短移動角度の計算過程を示す図である。
【図１０】減速機付モータのそれぞれの出力値を目標ベクトルに基づいて求める課程を示す図である。
【図１１】方向出力の出力制限をしない場合の力の拮抗状態を説明するための図である。
【図１２】移動出力の出力制限を説明するための図である。
【図１３】回転方向の出力を優先して出力した場合の状態を説明するための図である。
【図１４】回転方向の出力を優先して出力した場合であって、駆動キャスタが目標方向を向いた状態を示す図である。
【図１５】図５に示す駆動回路のステップ応答特性を説明するための図である。
【図１６】図４に示す制御回路において実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
（Ａ）実施形態の構成の説明
図１は、電動車椅子の正面図であり、図２は、電動車椅子の底面図であり、図３は、駆動キャスタの一部断面図である。図１から図３に示すように、電動車椅子１は、金属の板材よりなるベース部材２と、ベース部材２の下方に向けて取り付けられている第１〜第３駆動キャスタ（３，４，５）と、ベース部材２に設けられた収容部２ａ内に設置されているバッテリ９および制御装置１０と、ベース部材２の上方に立設している脚部材（６，６）と、脚部材（６，６）に座部７ａにて取り付けられている椅子７と、を備える。椅子７の座部７ａには背もたれ７ｂが一体的に設けられ、背もたれ７ｂの両側には肘掛（７ｃ，７ｄ）が一体的に設けられている。そして、一方の肘掛７ｃには、移動方向指示手段としてのジョイスティック１１が取り付けられている。
【００１７】
図２に示すように、ベース部材２において、第１駆動キャスタ３は後方中央に配置され、第２駆動キャスタ４は前方左側に配置され、第３駆動キャスタ５は前方右側に配置されており、第１〜第３駆動キャスタ（３，４，５）は、ベース部材２に三角形を形成する位置に配置されている。また、第１〜第３駆動キャスタ（３，４，５）は、一対の車輪（９１，９２）をそれぞれ有している。
【００１８】
つぎに、図３に基づき、電動車椅子１に備えられている第１駆動キャスタ３について説明する。なお、第２および第３駆動キャスタ（４，５）の構造は、第１駆動キャスタ３の構造と同一であり、第１駆動キャスタ３についてのみ説明し、第２および第３駆動キャスタ（４，５）の各構成部品については、第１駆動キャスタ３の構成部品と同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００１９】
第１駆動キャスタ３は、ベース部材２に下方から取り付けられる取付け部材５１と、取付け部材５１の内周５１ａに配置されている軸受（５７，５７）と、軸受（５７，５７）の内側に配置され、取付け部材５１に対し回転自在に支持されているスリップリングフォルダ５２と、スリップリングフォルダ５２に取り付けられ、スリップリングフォルダ５２を介して取付け部材５１に対し回転自在に支持されている支軸５３と、支軸５３の一端５３ａに連結ピン５５により、傾斜自在に取り付けられている連結棒５４と、連結棒５４の両端に取り付けられている一対の減速機付きモータ（６０，６０）と、減速機付きモータ（６０，６０）の出力軸（８１，８１）にそれぞれ連係された一対の車輪（９１，９２）と、を備える。
【００２０】
さらに、第１駆動キャスタ３は、スリップリングフォルダ５２内に設けられているスリップリング５９と、回転検出装置１００と、スリップリング５９および回転検出装置１００を内包するカバー体Ｃとを有する。スリップリング５９の入力部５９ａには、制御装置１０からの制御電流を供給する給電線Ｌ１が接続され、スリップリング５９の出力部５９ｂには、減速機付きモータ６０にスリップリンク５９を介して制御電流を供給する供給線Ｌ２が接続されている。このように、スリップリング５９を介して供給線（Ｌ１，Ｌ２）を配策することにより、第１駆動キャスタ３がベース部材２に対して回転して、供給線（Ｌ１，Ｌ２）が捩れることがない。
【００２１】
回転検出装置１００は、スリップリングフォルダ５２の外周に一体的に取り付けられているリングギヤ１０１と、リングギヤ１０１と噛合するピニオンギヤ１０２と、ピニオンギヤ１０２が取り付けられ取付け部材５１に固定されている駆動方向検出手段としてのエンコーダ１０３とを備える。スリップリングフォルダ５２は、支軸５３とともにベース部材２に取り付けられている取付け部材５１に対し回転し、スリップリングフォルダ５２に取り付けられているリングギヤ１０１は、ベース部材２に対する支軸５３の回転と同一の回転を行う。このリングギヤ１０１の回転を、ピニオンギヤ１０２を介してエンコーダ１０３で検出することにより、第１駆動キャスタ３の車輪９０の駆動方向である回転位置を示す支軸５３の回転位置が、エンコーダ１０３により検出される。
【００２２】
減速機付きモータ６０は、電動モータ７０および減速機８０を備える。電動モータ７０は、モータハウジング７３と、モータハウジング７３内に回転自在に配置され、モータ軸７２を有する回転子７１とを備える。そして、モータハウジング７３が連結棒５４の端部に取り付けられているモータフランジ５６に取り付けられることにより、電動モータ７０は、連結棒５４を介して支軸５４に傾斜自在に連係される。また、減速機８０は、電動モータ７０のモータ軸７２に連結されている。
【００２３】
一対の減速機付きモータ（６０，６０）の出力軸（８１，８１）には、一対の車輪（９１，９２）がそれぞれ連係されている。車輪９０は、出力軸８１に取り付けられている第１ホイール９３と、第１ホイール９３の外周にネジ９５により一体的に取り付けられ、弾性を有するリング体９６と、第１ホイール９３の開口を覆う第２ホイール９４とを備えている。そして、第１ホイール９３は、モータフランジ５６の外周に装着されている軸受（５８，５８）に回転自在に支持され、これにより車輪９０は、減速機付きモータ６０の出力軸８１とともに回転自在な構成となっている。
【００２４】
図４は、制御装置１０を構成する制御回路２００の構成例を示すブロック図である。この図４に示すように、制御回路２００は、操作量取得部２０１、目標方向算出部２０２、回転ベクトル算出部２０３、移動ベクトル算出部２０４、合成出力量算出部２０５、制御部２０６、および、エンコーダ検出部２０７を有している。
【００２５】
ここで、ジョイスティック１１は、操作部であるスティック１１ａを図１の左右方向であるＸ方向と、図２の前後方向であるＹ方向と、スティック１１ａを回転させる方向であるＺ方向に操作可能とされる。操作量取得部２０１は、ジョイスティック１１から出力される信号からＸ，Ｙ，Ｚ方向の操作量を取得する。移動ベクトル算出部２０４は、操作量取得部２０１によって検出されたジョイスティック１１のＸ，Ｙ，Ｚ方向の操作量に基づいて、第１〜第３駆動キャスタ（３，４，５）のそれぞれの移動方向のベクトルである移動ベクトルを求め、合成出力量算出部２０５と、目標方向算出部２０２に供給する。目標方向算出部２０２は、第１〜第３駆動キャスタ（３，４，５）の移動の目標方向を移動ベクトル算出部２０４によって算出された移動ベクトルから求める。回転ベクトル算出部２０３は、エンコーダ検出部２０７によって検出された第１〜第３駆動キャスタ（３，４，５）の現在の方向と、目標方向算出部２０２によって算出された目標方向に基づいて、第１〜第３駆動キャスタ（３，４，５）の回転方向とその角度を示す回転ベクトルを算出し、合成出力量算出部２０５にする。
【００２６】
合成出力量算出部２０５は、移動ベクトル算出部２０４から供給される移動ベクトルと、回転ベクトル算出部２０３から供給される回転ベクトルとを合成し、減速機付モータ６０Ａ１〜６０Ｃ２を駆動するための目標速度情報を生成して制御部２０６に供給する。
【００２７】
制御部２０６は、合成出力量算出部２０５から供給される目標速度情報を、減速機付モータ６０Ａ１〜６０Ｃ２のそれぞれに対して供給してこれらを制御する。
【００２８】
エンコーダ検出部２０７は、第１〜第３駆動キャスタ（３，４，５）のそれぞれに設けられているエンコーダ１０３Ａ〜１０３Ｃからの出力信号を検出し、第１〜第３駆動キャスタ（３，４，５）のそれぞれの角度を検出し、回転ベクトル算出部２０３に供給する。
【００２９】
図５は、減速機付モータ６０Ａ１〜６０Ｃ２にそれぞれ設けられている駆動回路３００の構成例を示す図である。なお、図５は減速機付モータ６０Ａ１の駆動回路を示しているが、減速機付モータ６０Ａ２〜６０Ｃ２の駆動回路も同様の構成とされているので、これらの説明については省略する。この図５に示すように、駆動回路３００は、差分算出部３０１、Ｐ項演算部３０２、積算項算出部３０３、前回積算項保持部３０４、Ｉ項演算部３０５、加算部３０６、駆動部３０７、および、速度算出部３０８を有している。
【００３０】
ここで、差分算出部３０１は、図４に示す制御部２０６から供給される速度指令値と、速度算出部３０８から供給される現在の速度値との偏差を算出し、Ｐ項演算部３０２と積算項算出部３０３に供給する。Ｐ項演算部３０２は、ＰＩ（Proportional Integral）制御のＰ項に関する演算を行う演算部であり、入力された信号を所定の定数倍して出力する。
【００３１】
積算項算出部３０３は、差分算出部３０１から供給される値と、前回積算項保持部３０４から供給される前回積算項とを加算して出力する。前回積算項保持部３０４は、積算項算出部３０３から出力される積算項を保持し、積算項算出部３０３に前回値として供給する。Ｉ項演算部３０５は、ＰＩ制御のＩ項に関する演算を行う演算部であり、入力された信号を所定の定数倍して出力する。
【００３２】
加算部３０６は、Ｐ項演算部３０２から供給された値と、Ｉ項演算部３０５から供給された値とを加算し、駆動部３０７に供給する。駆動部３０７は、例えば、半導体スイッチング素子によって構成され、加算部３０６から出力される信号に基づいて、減速機付モータ６０Ａ１の固定子に電流を供給する。
【００３３】
減速機付モータ６０Ａ１は、例えば、３相ブラシレスモータによって構成され、固定子に供給する電流を制御することで、回転速度を制御することができる。ホールセンサ７２Ａ１は、減速機付モータ６０Ａ１に内蔵されており、減速機付モータ６０Ａ１の回転子の角度を検出して速度算出部３０８に供給する。
【００３４】
速度算出部３０８は、ホールセンサ７２Ａ１から供給される角度信号を微分することにより速度情報を求め、差分算出部３０１に供給する。
【００３５】
（Ｂ）実施形態の動作の説明
つぎに、本実施形態の動作について説明する。電動車椅子１の搭乗者がジョイスティック１１のスティック１１ａを操作すると、操作量取得部２０１は、スティック１１ａのＸ，Ｙ，Ｚ方向の操作量を取得し、移動ベクトル算出部２０４に供給する。図６は、ジョイスティック１１のスティック１１ａの操作方向を示す図である。図６に示すように、ジョイスティック１１のスティック１１ａが実線で示す矢印の方向（右斜前方向）に操作されるとともに、反時計方向に回転するように操作されたとする。その場合、操作量取得部２０１は、ジョイスティック１１のＸ，Ｙ方向のそれぞれの操作量（破線で示すＸ，Ｙ方向の矢印の長さに対応する量）と、Ｚ方向の回転量（破線で示すＺ方向の矢印の長さに対応する量）を取得する。
【００３６】
移動ベクトル算出部２０４は、操作量取得部２０１から供給されたジョイスティック１１のＸ，Ｙ，Ｚ方向の操作量に基づいて、第１〜第３駆動キャスタ（３，４，５）の移動方向の向きと速度を示す移動ベクトルを求める。より詳細には、移動ベクトルを求める方法としては、例えば、Ｘ，Ｙ方向の操作量に基づいて、Ｘ，Ｙ方向の成分を求めるとともに、Ｚ方向の操作量を、車輪６０Ａ〜６０Ｃのそれぞれが電動車椅子１を回転する方向への指示と解釈し、車輪６０Ａ〜６０ＣのＸ，Ｙ方向成分を取得して、前述したＸ，Ｙ成分と合成することで移動ベクトルを得る。
【００３７】
具体例として、図７に示すように、車輪６０Ａ〜６０Ｃがベース部材２の下部に正三角形を形成するように配置されている場合、車輪６０Ａ〜６０Ｃに関するＺ方向の操作量に対応するベクトルは、図中に矢印で示すベクトルと解釈される。例えば、車輪６０Ａの場合、左下方向の矢印で表されるベクトルは、Ｘ方向とＹ方向の比が０．５：０．８５で分解されてそれぞれの成分とされる。車輪６０Ｂの場合、左上方向の矢印で表されるベクトルは、Ｘ方向とＹ方向の比が０．５：−０．８５で分解されてそれぞれの成分とされる。また、車輪６０Ｃの場合、右方向の矢印で表される操作量は、−Ｘ方向の成分とされる。
【００３８】
このようにしてＺ方向のベクトルが得られると、つぎに、ジョイスティック１１のスティック１１ａのＸ，Ｙ方向のベクトルと、Ｚ方向のベクトルを合成し、移動ベクトルを得る。図８は移動ベクトルを得る課程を示している。図８に示すように、間隔が長い破線で示す矢印（Ｘ，Ｙ方向のベクトル）と、間隔が短い破線で示す矢印（Ｚ方向のベクトル）を合成することにより、移動ベクトルを得る。移動ベクトル算出部２０４は、このようにして算出した移動ベクトルを目標方向算出部２０２と合成出力量算出部２０５に出力する。
【００３９】
目標方向算出部２０２は、以上のようにして算出した移動ベクトルの方向を取得し、目標方向として回転ベクトル算出部２０３に供給する。
【００４０】
回転ベクトル算出部２０３は、目標方向算出部２０２によって算出された目標方向と、エンコーダ検出部２０７から供給される第１〜第３駆動キャスタ（３，４，５）のそれぞれの現在の方向から、回転方向と回転角度を示す回転ベクトルを求める。なお、回転ベクトルを求める際には、まず、最短移動角度を計算し、この最短移動角度に基づいて回転ベクトルを求める。具体的には、図９に示す目標方向の場合、第１および第２駆動キャスタ３，４では、目標方向と現在の方向との差が９０度未満であるので、目標方向の変更はない。一方、第３駆動キャスタ５では、目標方向と現在の方向との差が９０度以上であるので、目標方向を１８０度変更して変更後の目標方向とする。つまり、変更後の目標方向が最短移動角度である。そして、このようにして変更後の目標方向が求まると、回転方向と回転角度を示す回転ベクトルを生成し、合成出力量算出部２０５に供給する。
【００４１】
合成出力量算出部２０５は、回転ベクトル算出部２０３から供給される回転ベクトルと、移動ベクトル算出部２０４から供給される移動ベクトルを合成して速度指令Ａ１〜Ｃ２を生成し、制御部２０６を介して減速機付モータ６０Ａ１〜６０Ｃ２にそれぞれ供給する。具体的には、合成出力量算出部２０５は、図１０に太い実線で示す移動ベクトルと、現在方向から目標方向まで回転させるための回転ベクトルを合成して減速機付モータ６０Ａ１〜６０Ｃ２の出力を求める。
【００４２】
ところで、以上の処理によって求めた出力値をそのまま出力すると、例えば、図１１の例では、右方向に進もうとする力と、前方向に進もうとする力が同時に発生することからこれらが拮抗してうまく動くことができず、また、電力の損失が発生する。そこで、本実施形態では、第１〜第３駆動キャスタ（３，４，５）の現在の方向と、目標ベクトルとの角度の差（角度偏差）の最大値が所定の角度以上である場合には、移動方向の出力を制限し、回転方向の出力を優先して出力することで、第１〜第３駆動キャスタ（３，４，５）を目標方向に迅速に向ける動作を実施する。
【００４３】
図１２は、角度偏差と移動方向の出力制限の関係を示す図である。この図の横軸は第１〜第３駆動キャスタ（３，４，５）の目標方向と現在の方向の角度偏差を示し、縦軸は目標出力に対する移動出力値の割合を示している。この図１２に示すように、角度偏差が所定の角度ｄ１（例えば、数十度）以上ある場合には、移動方向の出力値は０に制限される。これにより、回転方向の出力が制限されることで、第１〜第３駆動キャスタ（３，４，５）を目標方向に向ける動作が優先して実施される。そして、角度偏差が角度ｄ１未満になると、徐々に移動出力の割合が増加し、角度偏差が角度ｄ２（例えば、数度）未満になると、移動出力の制限が解除され、移動出力が１００％出力される。具体的には、角度偏差が所定の角度ｄ１以上の場合には、図１３に示すように、移動方向の出力が制限されて第１〜第３駆動キャスタ（３，４，５）が目標方向に向くように制御がされ、図１４に示すように、第１〜第３駆動キャスタ（３，４，５）の全ての角度偏差が所定の角度ｄ２未満になった場合には、移動方向の出力の制限が解除されて１００％の出力とさる。これにより、図１２に示すように、異なる方向に拮抗する力による動作の不良と電力損失を防ぐことができる。
【００４４】
なお、制御部２０６から出力される速度指令Ａ１〜Ｃ２は、減速機付モータ６０Ａ１〜６０Ｃ２の駆動回路３００に供給される。駆動回路３００は、速度制御により減速機付モータ６０Ａ１を制御する。具体的には、減速機付モータ６０Ａ１の場合、制御部１０６から供給される速度指令Ａ１は、差分算出部３０１に供給される。差分算出部３０１は、速度算出部３０８から出力される速度と、速度指令Ａ１の差分を求めてＰ項演算部３０２および積算項算出部３０３に出力する。Ｐ項演算部３０２は比例定数を乗算して出力する。また、積算項算出部３０３および前回積算項保持部３０４は差分算出部３０１の出力を積分し、Ｉ項演算部３０５は積算項算出部３０３の出力に積分定数を乗算して出力する。加算部３０６は、Ｐ項演算部３０２およびＩ項演算部３０５の出力を加算し、駆動部３０７に供給する。駆動部３０７は、加算部３０６から供給された信号に基づいて減速機付モータ６０Ａ１を制御する。このとき、減速機付モータ６０Ａ１の回転子の角度は、減速機付モータ６０Ａ１が有しているホールセンサ７２Ａ１によって検出され、速度算出部３０８に供給される。速度算出部３０８は、ホールセンサ７２Ａ１を時間微分することで回転速度を求めて差分算出部３０１に供給する。
【００４５】
図１５は、図５に示す駆動回路３００に最大入力がなされた場合のステップ応答を模式的に示す図である。この図の横軸は時間（秒）を示し、縦軸は出力（％）を示している。この図１５に示すように、駆動回路３００に最大入力がなされた場合のむだ時間であるｔ１は、約０．１〜０．３秒に設定され、望ましくは０．２秒程度に設定される。また、最大入力に対して出力が飽和する時間ｔ２は０．５〜数秒とされ、望ましくは約１秒に設定される。つまり、図５に示す駆動回路３００のＰ項演算部３０２とＩ項演算部３０５の定数は、図１５に示すステップ応答が得られるように設定される。なお、図１５はステップ応答を模式的に示す図であり、実際のステップ応答は、最初は傾きが大きく、徐々に傾きが小さくなる曲線状となる。
【００４６】
このように、速度制御を行うことで、電動車椅子１が動かない場合には、目標速度になるまで出力が増大されるので、負荷が重い場合（例えば、搭乗者の体重が重い場合、または、床が柔らかい場合）であっても確実に動作する。
【００４７】
また、従来のように、デューティ制御を行う場合、負荷が重い場合に確実に動作させようとすると、最大出力値を大きく設定する必要があるが、そのような設定をすると、負荷が軽い場合に速度が大きくなってしまうことがあった。一方、速度制御では、負荷が軽い場合でもジョイスティック１１の最大操作時の設定速度を超えることはなく、また、負荷が重い場合には出力が増加されることから、確実に動作させることができる。
【００４８】
また、図１５に示すような制御定数に設定することにより、例えば、高齢者が搭乗した場合であっても、加速によって体に負担がかかることを防止できるとともに、操作に対する応答の遅れによる不満を感じることがない。つまり、高齢者によっては、ジョイスティック１１の細かな操作が困難な場合もあるが、そのような場合であっても、体に負担がかかることを防止できる。
【００４９】
また、図５に示すように、本実施形態では、ホールセンサによって回転速度を検出するようにしているが、ホールセンサは回転子の角度を検出して通電制御をするものであることから、角度の分解能は高くない（機械角１０度程度である）。しかしながら、図１５に示すような制御定数に設定することにより、このような分解能が低いセンサを用いた場合でも、円滑な制御を行うことができる。
【００５０】
つぎに、図１６に示すフローチャートを参照して、図４に示す制御回路２００において実行される処理について説明する。図１６に示す処理が開始されると、以下のステップが実行される。
【００５１】
ステップＳ１０では、操作量取得部２０１は、ジョイスティック１１が操作されたか否かを判定し、操作されたと判定した場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）にはステップＳ１１に進み、それ以外の場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）には同様の処理を繰り返す。
【００５２】
ステップＳ１１では、操作量取得部２０１は、ジョイスティック１１のＸ，Ｙ成分の操作量を解析して取得する。
【００５３】
ステップＳ１２では、操作量取得部２０１は、ジョイスティック１１のＺ成分の操作量を解析して取得する。
【００５４】
ステップＳ１３では、移動ベクトル算出部２０４は、ステップＳ１１，Ｓ１２で求めたＸ，Ｙ，Ｚ成分の操作量から移動ベクトルを生成する。具体的には、図６に示すＸ，Ｙ成分に対して、Ｚ成分をＸ，Ｙ成分に分解したものを合成して、移動ベクトルを生成する。
【００５５】
ステップＳ１４では、エンコーダ検出部２０７は、第１〜第３駆動キャスタ（３，４，５）の現在の方向を検出する。
【００５６】
ステップＳ１５では、回転ベクトル算出部２０３は、ステップＳ１４で取得した第１〜第３駆動キャスタ（３，４，５）の現在の方向と目標方向から回転ベクトルを算出する。なお、このとき、現在の方向と目標方向とが９０度以上異なっている駆動キャスタについては、最短回転方向を求めて目標方向を変更する。
【００５７】
ステップＳ１６では、合成出力量算出部２０５は、第１〜第３駆動キャスタ（３，４，５）の現在の方向と目標方向の差がｄ２（図１２参照）未満であるか否かを判定し、ｄ２未満である場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）にはステップＳ２０に進み、それ以外の場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）にはステップＳ１７に進む。
【００５８】
ステップＳ１７では、合成出力量算出部２０５は、移動出力の出力制限を行う。具体的には、第１〜第３駆動キャスタ（３，４，５）の現在の方向と目標方向の差がｄ１（図１２参照）以上の場合には、移動出力を１００％制限し、ｄ２以上ｄ１未満の場合には角度差に応じて図１２に示すような出力を制限する。
【００５９】
ステップＳ１８では、合成出力量算出部２０５は、回転方向の出力を行う。このとき、ステップＳ１７によって、移動出力の制限がなされるので、異なる方向の力が拮抗して電動車椅子１が動作しないことを防止できるとともに、電力の損失を防止できる。
【００６０】
ステップＳ１９では、合成出力量算出部２０５は、第１〜第３駆動キャスタ（３，４，５）の現在の方向と目標方向の差がｄ２（図１２参照）未満であるか否かを判定し、ｄ２未満である場合（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）にはステップＳ２０に進み、それ以外の場合（ステップＳ１９：Ｎｏ）にはステップＳ１７に戻って前述の場合と同様の処理を実行する。
【００６１】
ステップＳ２０では、合成出力量算出部２０５は、移動出力の出力制限を解除し、移動出力および必要であれば回転出力を行う。
【００６２】
ステップＳ２１では、操作量取得部２０１は、操作が終了したか否かを判定し、操作が終了したと判定した場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）にはステップＳ２２に進み、それ以外の場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）にはステップＳ２０に戻って前述の場合と同様の処理を実行する。
【００６３】
ステップＳ２２では、処理を終了するか否かを判定し、処理を終了しないと判定した場合（ステップＳ２２：Ｎｏ）にはステップＳ１０に戻って前述の場合と同様の処理を繰り返し、それ以外の場合（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）には処理を終了する。
【００６４】
以上の処理によれば、図６〜１４を参照して説明した動作を実現することができる。
【００６５】
（Ｃ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、第１〜第３駆動キャスタ（３，４，５）の３つを有するようにしたが、例えば、２つの駆動キャスタと、１つの従動キャスタ（減速機付モータを有しないキャスタ）を有する構成としてもよい。また、駆動キャスタを４つ以上設けるようにしてもよい。なお、駆動キャスタを２または４以上とした場合でも、基本的な制御方法は前述の場合と同様である。
【００６６】
また、以上の実施形態では、ジョイスティック１１は、Ｘ，Ｙ方向と、Ｚ方向を一のジョイスティックによって入力するようにしたが、これらを独立した別々の構成としてもよい。例えば、ジョイスティック１１はＸ，Ｙ方向の入力のみとし、Ｚ方向は他の入力手段から入力するようにしてもよい。
【００６７】
また、以上の実施形態では、減速機付モータの速度をホールセンサによって検出するようにしたが、例えば、ロータリーエンコーダによって検出するようにしてもよい。
【００６８】
また、以上の実施形態では、減速機付モータを用いるようにしたが、減速機を有しないダイレクトドライブ方式のモータを使用することも可能である。なお、ダイレクトドライブ方式のモータを用いる場合には、減速機が有するバックラッシュ等によるむだ時間が少なくなることから、減速機付モータに比べて図１５に示すむだ時間ｔ１を多少多めに設定するようにしてもよい。
【００６９】
また、以上の実施形態では、図１２に示すグラフに示す移動出力の制限を行うようにしたが、例えば、直線的な出力制限ではなく、例えば、下に凸形状を有する曲線または上に凸形状を有する曲線に基づいて制御するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１  電動車椅子
２  ベース部材
３〜５  第１〜第３駆動キャスタ
１１  ジョイスティック
６０  減速機付モータ
１０３  エンコーダ
２００  駆動回路
２０１  操作量取得部
２０２  目標方向算出部
２０３  回転ベクトル算出部
２０４  移動ベクトル算出部
２０５  合成出力算出部
２０６  制御部
２０７  エンコーダ検出部
３００  駆動部
【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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【図１６】
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