(57)【要約】【課題】介助者の負担を軽減した倒立型移動体及びその制御方法を提供すること。【解決手段】倒立型移動体１０は、被介助者が搭乗する移動体本体１と、移動体本体１に取付けられ、介助者が操作力を付加して移動体本体１を移動させるための操作ハンドル２と、を備え、移動体本体１の倒立状態を維持して走行する。また、倒立型移動体１は、操作ハンドル２に設けられ、介助者による操作ハンドル２への接触を検出する接触検出手段と、介助者による操作ハンドル２への操作力を補助して移動体本体１が走行するように制御を行う補助制御モードと、被介助者による車両操作に応じて移動体本体１が走行するように制御を行う操作制御モードと、を有する制御手段と、を備えている。制御手段は、接触検出手段により介助者の接触が検出されると、操作制御モードから補助制御モードに切替る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被介助者が搭乗する移動体本体と、該移動体本体に取付けられ、介助者が操作力を付加して前記移動体本体を移動させるための操作ハンドルと、を備え、前記移動体本体の倒立状態を維持して走行する倒立型移動体であって、
前記操作ハンドルに設けられ、介助者による前記操作ハンドルへの接触を検出する接触検出手段と、
介助者による前記操作ハンドルへの操作力を補助して前記移動体本体が走行するように制御を行う補助制御モードと、被介助者による車両操作に応じて前記移動体本体が走行するように制御を行う操作制御モードと、を有する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記接触検出手段により前記介助者の接触が検出されると、前記操作制御モードから前記補助制御モードに切替る、ことを特徴とする倒立型移動体。
【請求項２】
請求項１記載の倒立型移動体であって、
前記操作ハンドルは、前記移動体本体の後方側に設けられ略水平方向に延在しているハンドル部と、該ハンドル部を支持する支持部と、を有する、ことを特徴とする倒立型移動体。
【請求項３】
請求項２記載の倒立型移動体であって、
前記接触検出手段は、前記操作ハンドルのハンドル部の両端部近傍に一対設けられている、ことを特徴とする倒立型移動体。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の倒立型移動体であって、
前記接触検出手段は、前記操作ハンドルの前記移動体本体側に設けられている、ことを特徴とする倒立型移動体。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の倒立型移動体であって、
前記制御手段は、前記補助制御モードにおいて、前記操作ハンドルの操作力に応じて、倣い制御を実行する、ことを特徴とする倒立型移動体。
【請求項６】
被介助者が搭乗する移動体本体と、該移動体本体に取付けられ、介助者が操作力を付加して前記移動体本体を移動させるための操作ハンドルと、を備え、前記移動体本体の倒立状態を維持して走行する倒立型移動体の制御方法であって、
介助者による前記操作ハンドルへの接触を検出すると、被介助者による車両操作に応じて移動体本体が走行するように制御を行う操作制御モードから、介助者による前記操作ハンドルへの操作力を補助して前記移動体本体が走行するように制御を行う補助制御モードへ切り替る、ことを特徴とする倒立型移動体の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被介助者が搭乗する移動体本体と、移動体本体に取付けられ、介助者が操作力を付加して移動体本体を移動させるための操作ハンドルと、を備え、倒立状態を維持して走行する倒立型移動体及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、病院や老人ホーム等の介護施設において、歩行できない又は歩行困難な患者や高齢者等の被介助者を支援するための介助機器が用いられている。この介助機器は、介助用の操作ハンドルに加わる操作力を検出して、この操作力に基づく駆動力をモータによって付加し、介助者の操作力を補助するように構成されている。
【０００３】
このような介助機器として、例えば、操作ハンドルの操作力に基づいてモータの駆動力を制御する補助走行モードと、車両操作部からの制御信号に基づいてモータの駆動力を制御する自走モードと、を有し、操作力が所定しきい値を越えた場合、補助走行モードに切り換える電動車椅子が知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、切換スイッチの操作に応じて、車椅子の着座者自身の操作による第１の動力アシストモードと、介助者の操作による第２の動力アシストモードとを選択的に実行する車椅子の補助動力制御装置が知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−０８５４７３号公報
【特許文献２】特開２００３−０５２７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に示す電動車椅子においては、操作力が所定しきい値を越えるまで補助走行モードに切替らないため、その間、介助者の負担が増加する虞がある。また、上記特許文献２に示す補助動力制御装置においても、例えば、介助者のスイッチ操作が適切なタイミングで行われなかった場合、介助者の操作力を適切に補助できず、介助者の負担が増加する虞がある。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、介助者の負担を軽減した倒立型移動体及びその制御方法を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、被介助者が搭乗する移動体本体と、該移動体本体に取付けられ、介助者が操作力を付加して前記移動体本体を移動させるための操作ハンドルと、を備え、前記移動体本体の倒立状態を維持して走行する倒立型移動体であって、前記操作ハンドルに設けられ、介助者による前記操作ハンドルへの接触を検出する接触検出手段と、介助者による前記操作ハンドルへの操作力を補助して前記移動体本体が走行するように制御を行う補助制御モードと、被介助者による車両操作に応じて前記移動体本体が走行するように制御を行う操作制御モードと、を有する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記接触検出手段により前記介助者の接触が検出されると、前記操作制御モードから前記補助制御モードに切替る、ことを特徴とする倒立型移動体である。
【０００９】
また、この一態様において、前記操作ハンドルは、前記移動体本体の後方側に設けられ略水平方向に延在しているハンドル部と、該ハンドル部を支持する支持部と、を有していてもよい。
【００１０】
さらに、この一態様において、前記接触検出手段は、前記操作ハンドルのハンドル部の両端部近傍に一対設けられていてもよい。
【００１１】
さらにまた、この一態様において、前記接触検出手段は、前記操作ハンドルの前記移動体本体側に設けられていてもよい。
【００１２】
なお、この一態様において、前記制御手段は、前記補助制御モードにおいて、前記操作ハンドルの操作力に応じて、倣い制御を実行してもよい。
【００１３】
他方、上記目的を達成するための本発明の一態様は、被介助者が搭乗する移動体本体と、該移動体本体に取付けられ、介助者が操作力を付加して前記移動体本体を移動させるための操作ハンドルと、を備え、前記移動体本体の倒立状態を維持して走行する倒立型移動体の制御方法であって、前記操作ハンドルへの介助者による接触を検出すると、被介助者による車両操作に応じて移動体本体が走行するように制御を行う操作制御モードから、介助者による前記操作ハンドルへの操作力を補助して前記移動体本体が走行するように制御を行う補助制御モードへ切り替る、ことを特徴とする倒立型移動体の制御方法であってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、介助者の負担を軽減した倒立型移動体及びその制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る倒立型移動体の概略を示す側面図である。
【図２】移動体本体に取付けられた操作ハンドルの概略を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る制御ユニットの概略的なシステム構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る倒立型移動体の制御処理フローの一例を示すフローチャートである。
【図５】補助制御モードにおいて、操作ハンドルの前方への操作力を補助した状態の一例を示す側面図である。
【図６】補助制御モードにおいて、操作ハンドルの左旋回方向への操作力を補助した状態の一例を示す上面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る操作ハンドルの接触センサを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る倒立型移動体の概略を示す側面図である。本実施形態に係る倒立型移動体１０は、倒立状態を維持しつつ、搭乗者である被介助者の車両操作に応じて任意の方向へ移動する機能と、介助者の操作力に補助力を付加して走行する機能と、を併せ持つものである。このような倒立型移動体１０は、例えば、４輪型移動体に比べてホイールベースが短いため、方向転換に要するスペースを小さくでき、狭いスペースでも容易に移動できるというメリットを有している。
【００１７】
本実施形態に係る倒立型移動体１０は、被介助者が搭乗する移動体本体１と、移動体本体１に取付けられ、介助者が操作力を付加して移動体本体１を移動させるための操作ハンドル２と、を備えている。
【００１８】
移動体本体１は、車台部１１と、車台部１１に取付けられ、介助者が着座する着座部１２と、車台部１１に取付けられ、介助者の脚部を支持する脚支持部１３と、車台部１１に取付けられ、介助者の腕部を支持する一対の腕支持部１４と、車台部１１に回転可能に取付けられる左右一対の駆動輪１５Ｌ、１５Ｒと、台車部１１に内蔵され、各駆動輪１５Ｌ、１５Ｒの駆動を制御する制御ユニット３と、を有している。
【００１９】
車台部１１は、介助者の背面を支持すると共に、着座部１２、脚支持部１３、及び腕支持部１４を支持することで、移動体本体１に搭乗する被介助者を支持している。
【００２０】
着座部１２は、車台部１１の中間部から略水平方向に延在しており、介助者が着座する上面には弾性のシート部材が敷設されている。脚支持部１３は、車台部１１の下部から略水平方向に延在しており、被介助者の足平底面を支持することができる。
【００２１】
各腕支持部１４は、車台部１１の上部から略水平方向に延在しており、腕部と接触する上面には弾性部材が設けられている。また、腕支持部１４の一方には、倒立型移動体１の車両操作を行うための操作部１６が設けられている。操作部１６は、例えば、被介助者が操作可能な複数のスイッチやジョイスティック等により構成されている。操作部１６は、被介助者による車両操作（前後進操作、左右旋回操作、加減速操作、停止操作等）に応じた操作信号（操作方向、操作量等）を、制御ユニット３に対して出力する。このように、被介助者は、この操作部１６を操作することで、例えば、移動体本体１の移動方向や移動速度などの車両操作を容易に行うことができる。
【００２２】
制御ユニット３は、各駆動輪１５Ｌ、１５Ｒの回転駆動を制御することで、移動体本体１の移動を制御する。また、制御ユニット３は、例えば、制御処理、演算処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）３ａ、ＣＰＵ３ａによって実行される制御プログラム、演算プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）３ｂ、処理データ等を一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）３ｃ等からなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。
【００２３】
操作ハンドル２は、台車部１１の上部かつ後方側に設けられている。また、操作ハンドル２は、略水平方向に延在し、介助者が把持し操作力を付加して移動体本体１を任意の方向（例えば、前後又は左右方向）へ移動させるためのハンドル部２１と、ハンドル部２１の両端に連結され各両端を支持する一対の支持部２２と、を有している（図２）。
【００２４】
ハンドル部２１の両端近傍には、介助者の接触を検出することができる一対の接触センサ３４Ｌ、３４Ｒが設けられている。接触センサ３４Ｌ、３４Ｒは、接触検出手段の一具体例であり、例えば、ハンドル部２１と一体になるように埋設されている。接触センサ３４Ｌ、３４Ｒは、介助者による操作ハンドル２への接触を検出すると、その検出を通知する検出信号を制御ユニット３の制御部３６に対して出力する。接触センサ３４Ｌ、３４Ｒとしては、例えば、機械式スイッチ、電気式スイッチ（静電容量型スイッチ）などの任意の接触式センサを用いることができる。また、接触センサは、ハンドル部２１の任意の位置及び数だけ設けることができる。
【００２５】
また、ハンドル部２１には、例えば、介助者が移動体本体１を前後進、左右旋回等させるべく操作ハンドル２を操作した際に生じる、操作力及び操作方向を検出することができる操作力センサ３７が取り付けられている。なお、操作力センサ３７は、例えば、ストレインゲージ等により構成されているが、これに限らず任意のセンサを用いて構成することができる。また、操作力センサ３７は、例えば、支持部２２に取り付けられていてもよく、任意の位置に取り付けてもよい。さらに、操作力センサ３７と接触センサ３４Ｌ、３４Ｒとは、一体的に構成されていてもよい。操作力センサ３７は、検出した操作ハンドル２への操作力及びその操作方向に応じた操作力信号を、制御ユニット３の制御部３６に対して出力する。
【００２６】
図３は、本実施形態に係る制御ユニットの概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態に係る制御ユニット３は、一対の駆動輪１５Ｌ、１５Ｒを夫々駆動する一対のモータ３１Ｌ、３１Ｒと、移動体本体１の傾斜を検出する傾斜センサ３２と、各駆動輪１５の回転を検出する一対の回転センサ３３Ｌ、３３Ｒと、接触センサ３４Ｌ、３４Ｒと、各モータ３１Ｌ、３１Ｒを駆動回路３５Ｌ、３５Ｒを介して制御する制御部３６と、操作力センサ３７と、を備えている。
【００２７】
各モータ３１Ｌ、３１Ｒは、各駆動輪１５Ｌ、１５Ｒを夫々独立して駆動することができる。また、各モータ３１Ｌ、３１Ｒは、制御部３６からの制御信号に応じて、各駆動輪１５Ｌ、１５Ｒに対して付加する回転トルクを夫々変化させる。これにより、倒立型移動体１の移動（加速、減速、停止、前進、後進、右旋回、左旋回等）を任意に変化させることができ、倒立状態を維持することができる。
【００２８】
傾斜センサ３２は、移動体本体１の車台部１１に取付けられており、移動体本体１の傾斜角度や傾斜角速度を検出することができる。傾斜センサ３２としては、例えば、ジャイロセンサや加速度センサ等の姿勢センサを用いることができる。なお、ジャイロセンサ及び加速度センサを組み合わせて、より高精度に傾斜角度や傾斜角速度を検出してもよい。傾斜センサ３２は、検出した傾斜角度や傾斜角速度に応じた信号を、制御部３６に対して出力する。なお、制御部３６は、傾斜センサ３２によって微小時間毎に検出される、移動体本体１の傾斜角度を微分することで、移動体本体１の傾斜角速度を算出してもよい。
【００２９】
各回転センサ３３Ｌ、３３Ｒは、各駆動輪１５Ｌ、１５Ｒの車軸に夫々取付けられ、各駆動輪１５Ｌ、１５Ｒの回転角度（又は回転角速度）を夫々検出することができる。回転センサ３３Ｌ、３３Ｒとしては、例えば、ロータリエンコーダ等を用いることができる。各回転センサ３３Ｌ、３３Ｒは、検出した各駆動輪１５Ｌ、１５Ｒの回転角度に応じた信号を、制御部３６に対して出力する。なお、制御部３６は、各回転センサ３３Ｌ、３３Ｒからの各駆動輪１５Ｌ、１５Ｒの回転角度に基づいて、移動体本体１の移動量、移動速度、移動加速度などを算出することができる。
【００３０】
制御部３６は、制御手段の一具体例であり、傾斜センサ３２により検出された移動体本体１の傾斜角度と、回転センサ３３Ｌ、３３Ｒにより検出された各駆動輪１５Ｌ、１５Ｒの回転角度と、接触センサ３４Ｌ、３４Ｒからの検出信号と、操作力センサ３７からの操作力信号と、に基づいて、各モータ３１Ｌ、３１Ｒの駆動を制御して、各駆動輪１５Ｌ、１５Ｒの駆動を制御する。
【００３１】
例えば、制御部３６は、傾斜センサ３２により検出された移動体本体１の傾斜角度（ピッチ角度）に、所定のゲイン値を乗算して、各駆動輪１５Ｌ、１５Ｒの回転トルクを算出する。そして、制御部３６は、算出した回転トルクが各駆動輪１５Ｌ、１５Ｒに生じるように、各モータ３１Ｌ、３１Ｒを夫々制御する。これにより、制御部３６は、移動体本体１が傾斜している方向へ、各駆動輪１５Ｌ、１５Ｒを回動させ、移動体本体１の重心位置を各駆動輪１５Ｌ、１５Ｒの車軸を通る鉛直線上へ戻すような倒立状態を維持することができる。また、制御部３６は、操作部１６からの操作信号に応じて、移動体本体１が倒立状態を維持しつつ所望の走行を行うように、各モータ３１Ｌ、３１Ｒを夫々制御する。
【００３２】
さらに、制御部３６は、介助者による操作ハンドル２への操作力を補助して移動体本体１が走行するように制御を行う補助制御モードと、被介助者による車両操作に応じて移動体本体１が走行するように制御を行う操作制御モードと、を有している。また、制御部３６は、通常、操作制御モードになっており、介助者が操作ハンドル２の接触センサ３４Ｌ、３４Ｒに接触し、接触センサ３４Ｌ、３４Ｒから検出信号を受信すると、操作制御モードから補助制御モードに自動的に切替る。
【００３３】
図４は、本実施形態に係る倒立型移動体の制御処理フローの一例を示すフローチャートである。倒立型移動体１０の電源がオン状態になると、制御部３６は操作制御モードになる（ステップＳ１０１）。制御部３６は、操作制御モードにおいて、操作部１６からの操作信号に応じて、各モータ３１Ｌ、３１Ｒの駆動を制御して各駆動輪１５Ｌ、１５Ｒの駆動を制御する（ステップＳ１０２）。
【００３４】
具体的には、被介助者が移動体本体１を前進させるべく、操作部１６のジョイスティックを前進方向へ操作した場合、制御部３６は、操作部１６からの操作信号に応じて、各モータ３１Ｌ、３１Ｒの駆動を制御して各駆動輪１５Ｌ、１５Ｒを前進方向へ駆動させる。
【００３５】
なお、制御部３６は、操作制御モードにおいて、操作部１６からの操作信号が入力されていない無操作状態で、平地及び坂にかかわらず、各駆動輪１５Ｌ、１５Ｒの駆動を制御して、倒立状態を維持させつつ、移動体本体１を停止させる。これにより、被介護者は、特別な操作を行うことなく安全かつ楽に移動体本体１に乗車することができる。
【００３６】
ここで、介助者が移動体本体１を移動させるべく、例えば、操作ハンドル２を把持し、接触センサ３４Ｌ、３４Ｒに接触した場合（ステップＳ１０３）、接触センサ３４Ｌ、３４Ｒはその検出信号を制御部３６に対して出力する。制御部３６は、接触センサ３４Ｌ、３４Ｒからの検出信号を受信すると、介助者による操作意思を検知し、操作制御モードから補助制御モードに自動的に切替る（ステップＳ１０４）。
【００３７】
このように、制御部３６は、接触センサ３４Ｌ、３４Ｒからの検出信号を用いて介助者による操作意思を検知することで、その操作力を補助できる補助制御モードへ迅速かつ確実に遷移することができる。また、介助者は、操作ハンドル２を握るだけのごく自然な動作で、制御部３６を操作制御モードから補助制御モードに切替えることができるため、介助者による操作ミスを低減し、操作負担をより低減できる。さらに、介助者による補助操作と被介助者による車両操作と、で背反する操作を防止することができ、安全性の向上にも繋がる。
【００３８】
制御部３６は、補助制御モードになると、倒立状態を維持しつつ、操作力センサ３７からの操作力信号に応じて、介助者による操作ハンドル２への操作力を補助するように、各モータ３１Ｌ、３１Ｒの駆動を制御して各駆動輪１５Ｌ、１５Ｒの駆動を制御する倣い制御を実行する（ステップＳ１０５）。
【００３９】
具体的には、介助者が移動体本体１を前進させるべく、操作ハンドル２に対して前方へ操作力を付加した場合（前方へ押した場合）、制御部３６は、操作力センサ３７からの操作力信号に応じて、各モータ３１Ｌ、３１Ｒの駆動を制御して各駆動輪１５Ｌ、１５Ｒを前進方向へ駆動させる（図５）。
【００４０】
同様に、介助者が移動体本体１を左旋回させるべく、操作ハンドル２の左側を後方へ、かつ右側を前方へ操作力を付加した場合（左側を後方へ引き、かつ右側を前方へ押した場合）、制御部３６は、操作力センサ３７からの操作力信号に応じて、各モータ３１Ｌ、３１Ｒの駆動を制御して各駆動輪１５Ｌ、１５Ｒを左旋回する方向へ駆動させる（図６）。このように、介助者による操作ハンドル２への操作力を補助することで、介助者の操作負荷を大幅に軽減することができる。
【００４１】
以上、本実施形態に係る倒立型移動体１０において、制御ユニット３の制御部３６は、接触センサ３４Ｌ、３４Ｒにより介助者の操作ハンドル２への接触が検出されると、操作制御モードから補助制御モードに自動的に切替る。このように、介助者による操作ハンドル２への接触を検出して、介助者の操作意思を検知することで、操作制御モードからその操作を補助できる補助制御モードへ最適なタイミングで切替えることができる。さらに、介助者は、操作ハンドル２に把持するだけのごく自然な動作で、制御部３６を操作制御モードから補助制御モードに切替えることができる。これにより、介助者による操作ミスを低減し、操作負担をより低減できる。
【００４２】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記一実施形態において、接触センサ４１Ｌ、４１Ｒは操作ハンドル２のハンドル部２１の移動体本体１側に設けられていてもよい（図７）。このように、介助者が操作ハンドル２を操作する際に必ず触れる位置に接触センサ４１Ｌ、４１Ｒを設けることで、介助者の操作意思をより確実に検出することができ、また、介助者以外の人等による接触を防止することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１    移動体本体
２    操作ハンドル
３    制御ユニット
１０    倒立型移動体
１１    車台部
１２    着座部
１３    脚支持部
１４    腕支持部
１５Ｌ、１５Ｒ    駆動輪
１６    操作部
３１Ｌ、３１Ｒ    モータ
３２    傾斜センサ
３３Ｌ、３３Ｒ    回転センサ
３４Ｌ、３４Ｒ    接触センサ
３５Ｌ、３５Ｒ    駆動回路
３６    制御部
３７    操作力センサ
【図１】
2011083414.tif 000003
【図２】
2011083414.tif 000004
【図３】
2011083414.tif 000005
【図４】
2011083414.tif 000006
【図５】
2011083414.tif 000007
【図６】
2011083414.tif 000008
【図７】
2011083414.tif 000009