(57)【要約】【課題】安価ではあるが、操作性に優れ、乗り心地のよい、安全対策が施された電動車椅子を実現する。【解決手段】車椅子の前後左右方向にある障害物までの距離を測るための対物センサーを車椅子に設け、障害物までの距離に応じて、ジョイスティックで操作できる最高速度を制限するようにしたため、安全性に優れ、制御が単純で安価な車椅子を実現できる。【選択図】図１
2004321722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジョイスティックの操作により、任意方向に移動可能とした電動車椅子において、前記電動車椅子の周囲の障害物を検知するための対物センサーを前記電動車椅子の一部に設け、前記対物センサーの出力の大きさに応じて、前記電動車椅子の最高速度を制限したことを特徴とする電動車椅子
【請求項２】
前記対物センサーは障害物までの距離に比例した信号を出力することを特徴とする請求項１に記載される電動車椅子
【請求項３】
前記対物センサーは、前記電動車椅子の前後左右に複数個設けられており、その複数個のセンサーの出力より障害物までの距離を推定し、その大きさにより前記電動車椅子の最高速度を制限したことを特徴とする請求項１、２に記載される電動車椅子
【請求項４】
前記最高速度は、前記大きさに比例的に制限したことを特徴とする請求項３に記載される電動車椅子
【請求項５】
前記対物センサーは、前記電動車椅子の前後左右に複数個設けられており、各対物センサーは障害物までの距離に比例した電圧を出力するセンサーであって、それらの電圧の総和に応じて前記電動車椅子の最高速度を制限したことを特徴とする請求項１に記載される電動車椅子
【請求項６】
前記対物センサーは超音波センサーであることを特徴とする請求項１〜５に記載される電動車椅子
【請求項７】
前記ジョイスティックはＯＮ／ＯＦＦタイプのジョイスティックであることを特徴とする請求項１に記載される電動車椅子
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はジョイスティックにより操作する電動車椅子に関し、操作性がよく、特に安全性を考慮した電動車椅子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超高齢者社会を向かえつつある現在、高齢者が生活し易い環境を整えることが重要な社会的課題である。一口に高齢者と言っても、寝たきりの痴呆老人から、若者と変わらない元気老人まで様々であるが、現在位置から多少離れた目的位置まで歩行して移動することが困難な高齢者が数多く存在する。このような高齢者用として車椅子がよく使用されるが、大別して人力で動かすタイプと電動タイプがあり、前者は安価なため多数使用されている。後者は苦労なく移動できるが、概して高価なため、なかなか普及しない現状である。高価になる理由は、高価な駆動モータ等の機械要素が多数存在する他、それを動かす制御回路等に費用が掛かるからである。更に安全対策のために各種センサーを設ければ益々高価になる。安全対策を施した電動車椅子の従来例としては、以下のような特許がある。
【０００３】
「コンピュータを内臓するなど知的判断力を持った電動車椅子」と称して、車椅子自体に盲導犬的動作をさせるため、車の前後左右などの方向に、各種センサーなどを取付けた車椅子が開示される。そこにおいては、センサーを利用して危険を未然に防ぐのは安全対策上重要である思想が開示されているが、センサー出力と電動車椅子の動きの具体例や搭乗者のジョイスティック操作とセンサー出力の関係など、具体的な方策は示されていない（特許文献１参照）。
【０００４】
また、「対物センサーを利用した電動車椅子用安全停止装置」と称し、光、超音波センサーなどの対物センサーが反応した場合、電動車椅子のコントロールボックスの所で電源または駆動を解除する技術が開示されている。しかし、センサーが反応した場合にどのように停止するか、すなわち、急停止するかあるいはゆっくり停止するか、の具体的な方策は明示されていない。急停止すると衝撃が搭乗者に伝わり不快感を与える、あるいはゆっくり停止するとなると物に衝突の懸念が残る（特許文献２参照）。
【０００５】
更に、「介護用電動車椅子」と称し、車椅子前方の障害物を感知する対物センサーが反応するとき、ブレーキを制動させ停止できるようにした技術が開示されるが、前記特許と同様に具体的な停止動作は明示されていない（特許文献３参照）。
【０００６】
更に、動力車として、障害物検知センサーによる障害物の検知出力に基づいて旋回指示に応じた操舵角を衝突回避方向に補正する衝突回避手段が開示されている。障害物の位置に応じて、運転者が指示する操舵角を補正する等、高度な処理が行なわれるが、そこにおいては、コンピュータ処理が必要となるため、高価となる欠点がある（特許文献４参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−６６４３１号公報
【特許文献２】特開平６−１９０００７号公報公報
【特許文献３】特開２００１−１６１７５６号公報公報
【特許文献４】特開２００２−２２５７４１号公報公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
安全対策が施された電動車椅子を如何に安価に実現するかが、本発明の課題である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による電動車椅子の利用者あるいは搭乗者は、障害者や高齢者であり、自分の判断で、自分の安全ばかりでなく周辺の人の安全まで配慮して、希望の場所に移動しなくてはならない。電動車椅子の搭乗者はジョイスティックにより、行きたい方向と移動速度を選択して車椅子を進めるが、その際、ジョイスティックの操作の遅れや操作ミスにより、壁等の障害物や周辺の人に衝突する懸念が発生し、その懸念はその時の速度が高い程大きい。なお、以降、車椅子周辺の人を含めて障害物と表現する。
【００１０】
このため、電動車椅子の進行方向ばかりでなく、電動車椅子の周囲にある障害物を検知するための対物センサーを電動車椅子の一部に設け、この対物センサーの出力に応じて、電動車椅子の最高速度を制限するようにした。すなわち、周辺に何も無いときは、時速６ｋｍ／秒以下ではあるが、車椅子にとっては充分早い速度で移動できるが、対物センサーが障害物の存在を検知すると、ジョイスティックを如何に操作しても、低い速度しか出せないようにした。
【００１１】
対物センサーは車椅子から、ある範囲内にある障害物の存在をＯＮ／ＯＦＦ的に検知し、車椅子の速度と方向を変化するだけでも、ある程度の安全対策を施すことが出来る。しかし、最高速度で走っていた車椅子の速度を、対物センサーが障害物を検出した途端に、例えば半分にすると、車に衝撃力が作用するため、搭乗者に不快感を与える欠点が生ずる。そこで、本発明では、障害物までの距離に比例した信号を出力する対物センサーを採用し、その出力を利用して車椅子が出せる最高速度を制限するようにした。
【００１２】
電動車椅子の安全には、電動車椅子の周辺、すなわち前後左右に気を配る必要がある。車椅子の進行方向の後ろについて歩いているからと言って安全ではない。すなわち、ジョイスティックの操作ミスにより進行方向を急に変える可能性があるためである。このため車椅子の周囲に存在する障害物を検出する必要が生ずる。そこで対物センサーを電動車椅子の前後左右に複数個設けることにした。各センサーは、それぞれの方向にある障害物までの距離を出力するが、各センサーの出力より障害物までの距離を推定し、前記電動車椅子の最高速度を制限するようにした。
【００１３】
障害物がどれかセンサーの真正面にある場合は、一番近くに障害物を検出したセンサー信号を用いればよいが、隣合う２つのセンサー出力信号の大きさが同程度の場合は、障害物がその２つのセンサーの間の方向にあるか、あるいは２つの障害物がそれぞれのセンサーの正面にあるか、場合によって異なるのでその和をとる等の推定、近似を行う。車椅子の進行方向にある障害物までの距離に応じて最高速度を制限するのが一面では合理的であるが、先述のように急に方向転換する可能性や、複数のセンサーを用いる場合どのセンサーが進行方向を向いているかを判断する回路が必要になる等、電気回路が複雑になり、高価となる欠点が生ずるので、本発明では上記のようにした訳である。
【００１４】
以上のように、障害物までの距離に応じて最高速度を制限したため、障害物の近くでは必然的に速度が遅くなっている。従って、ジョイスティックの操作で車椅子を急停止させても、搭乗者に大きな衝撃を感じさせない。障害物が遠くにあり、十分早い速度で走行中に何らかの理由で車椅子を急停止させた場合には、衝撃が少なくなるように電気的に停止動作を遅らせても何ら安全性には問題ない。従って、ジョイスティックとして、価格の高いアナログタイプのジョイスティックではなく、価格の安いＯＮ／ＯＦＦタイプを使用しても機能的には何ら差が生じない。
【００１５】
本発明における対物センサーは障害物までの距離を出力するセンサーであるが、光を照射し障害物から戻って来る反射光を三角測量法で測定する原理のセンサー、光の伝播時間の計測で測る原理の光センサーや超音波の往復時間計測による超音波センサーが候補として考えられるが、本発明では安価で対物依存性の少ない超音波センサーを主として用いることにした。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施形態により説明する。図１は、本発明を電動車椅子に適用した場合の斜視図である。着座部１は背凭れのあるプラスチック製一体成型品である。着座部１はフレーム３で支持され、フレーム３は底板５を介して、その前部を前部車輪である自在キャスター７で左右を、またその後部を後部車輪である固定輪９で左右を支持され、移動可能になっている。フレーム３の基本構造は、左右に配置された２枚の金属等の板１１、１３を複数のステム１５で固定した構造体である。フレーム３の上部に固定された固定具（図示されず）を介して着座部１はフレーム３に固定される。また、底板５の前部には、フットレスト１６が不使用時には収納可能となるように設置されている。
【００１７】
また、着座部１の両側には底板５にその底部を支持されるアームレスト１７があり、着座部１の背凭れ部の後部において、左右のアームレスト１７を繋ぐ形で、介護人がこの車椅子を押すための押し棒１９がある。ここで説明している車椅子は、電動のため普段はこの押し棒１９は必要ないが、電動機能が故障等した場合に、この押し棒１９を介護人は押して車椅子を移動する。
【００１８】
また、アームレスト１７の前部にはコントロールボックス２１があり、搭乗者はコントロールボックス２１のジョイスティック２３により、前進、後進の速度制御および左右への操舵を行うことが出来る。ここで指令された出力は、モータ駆動制御部（図１では図示されず）を経て、駆動モータ部２７に収容されるモータ駆動回路とモータにより軸が固定された固定輪９が駆動される。
【００１９】
コントロールボックス２１の位置は、着座している搭乗者の手が容易に届き、ジョイステック２３を操作出来るところであれば、どこでもよく着座部１の前部であってもよく、また図では搭乗者にとって右側に配置したが、左側であってもよい。
【００２０】
障害物を検知する対物センサーとして適用された超音波センサーは車椅子の前後左右を監視する為に４つ用いられる。図１では、コントロールボックス２１の下部に設置される前方向の障害物を検知する前部超音波センサー２５−１、車椅子の底板５の左上面に設置される左方向の障害物を検知する左部超音波センサー２５−２が示されているが、後方向の障害物を検知する後部超音波センサー、右方向の障害物を検知する右部超音波センサーは、図では見えない。
【００２１】
超音波センサーの検出原理を図２で説明する。超音波センサー部５１は、超音波センサー制御部５３、送信部５５と受信部５７からなる超音波センサー２５本体からなる。超音波センサー制御部５３で作られた５０ｋＨｚ程度の高周波振動が送信部より空中に超音波４９として放出され、その音波が障害物５９にあたり、反射して戻って来るのを受信部５７で検出し、電気信号に変換する。送信部５５より放出される時刻と受信部５７で検出される時刻の差より、超音波の往復飛行時間がわかるので、それに音速をかけ、２で割ることにより障害物までの距離を測定することができる。超音波センサー制御部５３は、この距離に相当するアナログ信号あるいはデジタル信号を出力する。
【００２２】
図３は、本発明に関わる制御回路のブロック図である。超音波センサー部５１、モータ制御回路部６１、ジョイスティック２３および駆動モータ部２７よりなる。
【００２３】
超音波センサー部５１は、ここでは４つの超音波センサー２５と４つの超音波センサー制御部５３からなる。超音波センサーは、車椅子の前後左右の４箇所に設けられており、前部超音波センサー２５−１、左部超音波センサー２５−２、後部超音波センサー２５−３，右部超音波センサー２５−４であり、それぞれが超音波センサー制御部５１−１、５１−２、５１−３，５１−４に接続される。それぞれのセンサーは、いずれも車椅子に対して外側を向くように設置され、車椅子の周囲にある障害物までの距離を検出する役目を担う。そこから出力される信号は、それぞれのセンサーが向く方向にある障害物までの距離を表しているが、それらの信号を基準に、モータ制御回路部６１の最高速度決定回路６５において最高速度を決める。すなわち、障害物までの距離が離れている場合は、最高速度を大きく、障害物までの距離が短い場合には最高速度を小さめに、両者が比例関係にあるようにする。ここで重要なことは、最も短い距離を表したセンサー出力がどの方向を向いているセンサーか問題にせず、ともかく、４つのセンサー信号より一番近くにある障害物までの距離を類推、近似して最高速度を決めることである。
【００２４】
一方、ジョイスティック２３は、車椅子が進むべき方向および速度を決定する。すなわち、ここで使用されるジョイスティック２３はいわゆるアナログタイプのジョイスティックであり、操作棒の前後に倒す角度に応じて、速度が決まり、左右に倒す角度に応じて曲がる方向が決まるが、ジョイスティックを一番倒した際の最高速度は、最高速度決定回路６５において決められた値とし、その範囲内で速度を選択できる。
【００２５】
最高速度決定回路６５において決められた最高速度とジョイスティックの倒れ角度によって決められた速度は、左右モータの速度指令回路６７−１、６７−２の出力となり、左右モータ駆動回路６９−１，６９−２に入力され、左右のモータ７１−１、７１−２を駆動する。左右のモータは、速度指令回路の指令値に比例した回転速度を出力するように構成されている。
【００２６】
障害物までの最も短い距離に応じた最高速度となるようにすると説明したが、この関係を図示したのが、図４である。図４−１は、距離と最高速度が比例関係にある場合である。図４−２は、距離に応じて段階的に最高速度を変える場合であり、段階数が少なければ制御回路構成が簡単になるが車椅子の動きがぎくしゃくとなり、段階数を多くすれば比例の場合と同様になる。また、図４−３に示すように、距離に応じて非線形的に最高速度を変えてもよい。その非線形性はイの場合とロの場合があるが、要求に応じて使い分ける。すなわちイの非線形性の場合は、比較的反応が早い搭乗者に適しており、障害物が近くなって急に最高速度を制限する場合である。一方ロで示す非線形性の場合は、反応の遅い人に適しており、障害物が遠くにあっても最高速度を下げる場合である。
【００２７】
図５は、最も簡易化を図った場合の超音波センサーの出力に応じて最高速度を決める最高速度決定回路６５の実施例である。説明のために模式的に示してある。超音波センサー制御部５３が障害物までの距離に比例するアナログ電圧を出力する場合、その出力を抵抗１０１−１、１０１−２、１０１−３、１０１−４を介して１箇所にまとめ、ジョイスティック２３につなげる方法である。アナログタイプのジョイスティック２３の最も簡単なタイプの原理は、ジョイスティックの倒れ角により抵抗値が変化する構造であるが、図５に示すように構成すれば、最高速度の範囲内で速度を選択することが可能になる。ただしこの場合、４つの超音波センサーの出力信号の総和をとっているので、実際の障害物までの距離と異なるかも知れないが、安全対策上十分である。
【００２８】
以上の説明では、本発明の車椅子で使用されるジョイスティックは、アナログタイプを使用するとしたが、これに限定されることなく、いわゆるＯＮ／ＯＦＦタイプのジョイスティックであっても一向差し支えない。この場合、例えばジョイスティック２３を前に倒し、スイッチがＯＦＦすると、車椅子は最高速度で前に走るように制御されるが、その最高速度は最高速度決定回路６５で決められているわけである。この場合障害物の近くでは必然的に速度が遅くなっているので、ジョイスティックをＯＮにしてモータ速度を０にしても、搭乗者に大きな衝撃を感じさせない。障害物が遠くにあり、十分早い速度で走行中にジョイスティックをＯＮにする場合は、衝撃が少なくなるように電気的に停止動作を遅らせる工夫を盛り込めばよい。この工夫は、積分回路による反応速度の遅らせ等により簡単に実現でき、また何ら安全性に問題は生じない。
【００２９】
ＯＮ／ＯＦＦタイプのジョイスティックを使用した最高速度決定回路の例が図６に示される。ここではジョイスティックはスイッチで示されているが、４つのセンサー信号の総和をとることは、アナログタイプのジョイスティックの場合と同じである。
【００３０】
また、以上の説明では、対物センサーは超音波センサーとしたが、これに限定されることなく、光を利用した三角測量タイプのセンサーであっても、光の伝播時間を測定し距離を求めるタイプであってもよい。
【００３１】
また、以上の説明では、超音波センサーの取り付け位置と個数は、車椅子の前後左右に４箇所としたが、これに限定される訳でない。例えば、前部超音波センサー２５−１をコントロールボックス２１の下部に設置したが、フットレスト１６の先端部等、車椅子の前方向の障害物が見通せる場所であればどこでもよい。更に、例えば、図７に示すように、車椅子の搭乗者に邪魔にされない、上方一箇所にまとめてもよい。個数は、車椅子の周囲の障害物までの距離が観測できれば、もっと少なくてもよいし、もっと多くてもよい。
【００３２】
また、以上の説明では、本発明を４つの車輪で移動する電動車椅子に適用した場合で説明したが、これに限定されるものでなく、３つの車輪、あるいは４つ以上の車輪で移動する車椅子に適用してもよいことは言うまでもない。
【００３３】
また、前部車輪は自在キャスター、後部車輪は固定輪の場合で説明したが、前部車輪を固定輪とし、後部車輪を自在キャスターとしてもよい。
【００３４】
また、着座部１は、プラスティック製の一体成形品、フレーム３は板とステム構造からなると説明したが、これに限定されるものではなく、市販の車椅子あるいは電動車椅子によく見かけるパイプと布張り構造等であっても一向に差し支えない。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明はジョイスティックで任意方向に移動可能な電動車椅子において、電動車椅子の周囲にある障害物までの距離を検知することのできる対物センサーを電動車椅子の一部に設け、一番近くにある障害物までの距離に応じて、ジョイスティックで操作できる最高速度を制限するようにしたため、簡単な制御回路で安全性の高い車椅子を実現できる効果がある。また、ジョイスティックとして、価格の高いアナログタイプのジョイスティックではなく、価格の安いＯＮ／ＯＦＦタイプを使用しても、乗り心地がよく、安全性の高い車椅子を実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した電動車椅子の斜視図
【図２】本発明の電動車椅子に適用する超音波センサーの原理を説明するための図
【図３】本発明の制御系を説明するためのブロック図
【図４】本発明における障害物までの距離と最高速度の関係を示すための図
【図５】アナログタイプのジョイスティックを使用した最高速度決定回路の実施例
【図６】ＯＮ／ＯＦＦタイプのジョイスティックを使用した最高速度決定回路の実施例
【図７】超音波センサーの設置位置の別の実施例
【符号の説明】
１  着座部
３  フレーム
５  底板
７  自在キャスター
９  固定輪
１１  板
１３  板
１５  ステム
１６  フットレスト
１７  アームレスト
１９  押し棒
２１  コントロールボックス
２３  ジョイスティック
２５  超音波センサー
２５−１  前部超音波センサー
２５−２  左部超音波センサー
２５−３  後部超音波センサー
２５−４  右部超音波センサー
２７  駆動モータ部
２７−１  右駆動モータ部
２７−２  左駆動モータ部
５１  超音波センサー部
５３  超音波センサー制御部
５３−１  超音波センサー制御部
５３−２  超音波センサー制御部
５３−３  超音波センサー制御部
５３−４  超音波センサー制御部
６５  最高速度決定回路
６７  モータ速度指令回路
６７−１  右モータ速度指令回路
６７−２  左モータ速度指令回路
６９−１  右モータ駆動回路
６９−２  左モータ駆動回路
７１−１  右モータ
７１−２  左モータ
１０１  抵抗
１０１−１  抵抗
１０１−２  抵抗
１０１−３  抵抗
１０１−４  抵抗
【図１】
2004321722.tif 000003
【図２】
2004321722.tif 000004
【図３】
2004321722.tif 000005
【図４】
2004321722.tif 000006
【図５】
2004321722.tif 000007
【図６】
2004321722.tif 000008
【図７】
2004321722.tif 000009