(57)【要約】  フレームと、前記フレームに取付けられたシートと、前記フレームの第１の側における第１の前輪、及び、前記フレームの第２の側における第２の前輪と、前記フレームの前記第１の側における第１の後輪、及び、前記フレームの前記第２の側における第２の後輪と、前記第１の前輪と前記第１の後輪との間に位置している、前記フレームの前記第１の側における第１の駆動輪、及び、前記第２の前輪と前記第２の後輪との間に位置している、前記フレームの前記第２の側における第２の駆動輪と、前記フレームに対する前記第１の前輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第２の前輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第１の後輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第２の後輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第１の駆動輪の垂直位置及び前記フレームに対する前記第２の駆動輪の垂直位置を、独立して制御するためのアクチュエータと、を含んでいる車椅子。【選択図】図４
2018528037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームと、
前記フレームに取付けられたシートと、
前記フレームの第１の側における第１の前輪、及び、前記フレームの第２の側における第２の前輪と、
前記フレームの前記第１の側における第１の後輪、及び、前記フレームの前記第２の側における第２の後輪と、
前記第１の前輪と前記第１の後輪との間に位置している、前記フレームの前記第１の側における第１の駆動輪、及び、前記第２の前輪と前記第２の後輪との間に位置している、前記フレームの前記第２の側における第２の駆動輪と、
前記フレームに対する前記第１の前輪の垂直位置を制御するために前記第１の前輪と動作的に接続された第１の前輪アクチュエータと、
前記フレームに対する前記第２の前輪の垂直位置を制御するために前記第２の前輪と動作的に接続された第２の前輪アクチュエータと、
前記フレームに対する前記第１の後輪の垂直位置を制御するために前記第１の後輪と動作的に接続された第１の後輪アクチュエータと、
前記フレームに対する前記第２の後輪の垂直位置を制御するために前記第２の後輪と動作的に接続された第２の後輪アクチュエータと、
前記フレームに対する前記第１の駆動輪の垂直位置を制御するために前記第１の駆動輪と動作的に接続された第１の駆動輪アクチュエータと、
前記フレームに対する前記第２の駆動輪の垂直位置を制御するために前記第２の駆動輪と動作的に接続された第２の駆動輪アクチュエータと、
を備えた車椅子であって、
前記第１の前輪アクチュエータ、前記第２の前輪アクチュエータ、前記第１の後輪アクチュエータ、前記第２の後輪アクチュエータ、前記第１の駆動輪アクチュエータ及び前記第２の駆動輪アクチュエータのそれぞれは、前記フレームに対する前記第１の前輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第２の前輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第１の後輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第２の後輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第１の駆動輪の垂直位置及び前記フレームに対する前記第２の駆動輪の垂直位置を、独立して制御するように動作可能である、車椅子。
【請求項２】
前記フレームに対する前記第１の駆動輪の長手方向位置を独立して制御するために前記第１の駆動輪と動作的に接続された第１の長手方向駆動輪アクチュエータと、前記フレームに対する前記第２の駆動輪の長手方向位置を独立して制御するために前記第２の駆動輪と動作的に接続された第２の長手方向駆動輪アクチュエータとをさらに備えている、請求項１に記載の車椅子。
【請求項３】
前記第１の前輪アクチュエータ、前記第２の前輪アクチュエータ、前記第１の後輪アクチュエータ、前記第２の後輪アクチュエータ、前記第１の駆動輪アクチュエータ、前記第２の駆動輪アクチュエータ、前記第１の長手方向駆動輪アクチュエータ及び前記第２の長手方向駆動輪アクチュエータと動作的に接続された制御システムをさらに備えている、請求項２に記載の車椅子。
【請求項４】
前記制御システムと動作的に接続されたセンサシステムをさらに備えている、請求項３に記載の車椅子。
【請求項５】
前記センサシステムは、重力に対する前記シートの向きを測定するセンサを備えており、前記制御システムは、重力に対する前記シートの向きを所望の範囲に維持するように、前記フレームに対する前記第１の前輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第２の前輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第１の後輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第２の後輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第１の駆動輪の垂直位置及び前記フレームに対する前記第２の駆動輪の垂直位置のうち少なくとも１つを、独立して制御するように動作可能である、請求項４に記載の車椅子。
【請求項６】
前記制御システムは、重力に対する前記シートの向きを所望の範囲に維持するように、前記フレームに対する前記第１の前輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第２の前輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第１の後輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第２の後輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第１の駆動輪の垂直位置及び前記フレームに対する前記第２の駆動輪の垂直位置のうち複数を、独立して制御するように動作可能である、請求項５に記載の車椅子。
【請求項７】
前記制御システムは、前記車椅子が下り勾配、上り勾配、横断勾配又は平坦でない地形のうち少なくとも１つを進行している際に、重力に対する前記シートの向きを所望の範囲に維持するように動作可能である、請求項６に記載の車椅子。
【請求項８】
前記制御システムは、前記車椅子が縁石、段差の変化又は８インチまでの高さ変化を上り下りしている際に、重力に対する前記シートの向きを前記所望の範囲内に維持するように動作可能である、請求項７に記載の車椅子。
【請求項９】
前記制御システムは、前記車椅子のクロール運動を行わせるように動作可能であり、前記車椅子を経路に沿って引っ張るようにして、前記第１の駆動輪の垂直位置及び前記第１の駆動輪の長手方向位置が変更されると共に前記第２の駆動輪の垂直位置及び前記第１の駆動輪の長手方向位置が変更される、請求項３に記載の車椅子。
【請求項１０】
前記制御システムは、重力に対する前記シートの向きを変化させて側圧逃しを行うために、前記第１の前輪アクチュエータ、前記第２の前輪アクチュエータ、前記第１の後輪アクチュエータ、前記第２の後輪アクチュエータ、前記第１の駆動輪アクチュエータ及び前記第２の駆動輪アクチュエータのうち１つ以上を作動させるように動作可能である、請求項３に記載の車椅子。
【請求項１１】
前記制御システムは、前記車椅子の地上高を変化させるために、前記第１の前輪アクチュエータ、前記第２の前輪アクチュエータ、前記第１の後輪アクチュエータ、前記第２の後輪アクチュエータ、前記第１の駆動輪アクチュエータ及び前記第２の駆動輪アクチュエータのうち１つ以上を作動させるように動作可能である、請求項３に記載の車椅子。
【請求項１２】
前記制御システムは、本体全体の振動を制御するように動作可能である、請求項３に記載の車椅子。
【請求項１３】
前記第１の前輪は、前記第１の前輪が既定の下方位置にある際に前記車椅子の長手方向移動に対する抵抗力を提供する、前記第１の車輪に動作的に接続された第１の機構を含んでおり、前記第２の前輪は、前記第２の前輪が既定の下方位置にある際に前記車椅子の長手方向移動に対する抵抗力を提供する、前記第２の車輪に動作的に接続された第２の機構を含んでいる、請求項３に記載の車椅子。
【請求項１４】
前記シートは、前記フレームに対して動き得ないように取付けられ、重力に対する前記シートの向きの変化は、重力に対する前記フレームの向きを変化させることによって達成される、請求項１３に記載の車椅子。
【請求項１５】
前記シートは、前記フレームに対して動き得るように取付けられ、重力に対する前記シートの向きの変化は、前記フレームに対する前記シートの向きの変化及び重力に対する前記フレームの向きの変化のうち少なくとも一方によって達成される、請求項１３に記載の車椅子。
【請求項１６】
前記シートは、重力に対する傾斜の前方／後方角度、重力に対する傾斜の側方角度及び前記フレームに対する前記シートの高さのうち少なくとも１つを調節するために、アクチュエータシステムを介して前記フレームに取付けられている、請求項１５に記載の車椅子。
【請求項１７】
フレームと、
前記フレームに取付けられたシートと、
前記フレームの第１の側における第１の前輪、及び、前記フレームの第２の側における第２の前輪と、
前記フレームの前記第１の側における第１の後輪、及び、前記フレームの前記第２の側における第２の後輪と、
前記第１の前輪と前記第１の後輪との間に位置している、前記フレームの前記第１の側における第１の駆動輪、及び、前記第２の前輪と前記第２の後輪との間に位置している、前記フレームの前記第２の側における第２の駆動輪と、
前記フレームに対する前記第１の前輪の垂直位置を制御するために前記第１の前輪と動作的に接続された第１の前輪アクチュエータと、
前記フレームに対する前記第２の前輪の垂直位置を制御するために前記第２の前輪と動作的に接続された第２の前輪アクチュエータと、
前記フレームに対する前記第１の後輪の垂直位置を制御するために前記第１の後輪と動作的に接続された第１の後輪アクチュエータと、
前記フレームに対する前記第２の後輪の垂直位置を制御するために前記第２の後輪と動作的に接続された第２の後輪アクチュエータと、
前記フレームに対する前記第１の駆動輪の垂直位置を制御するために前記第１の駆動輪と動作的に接続された第１の駆動輪アクチュエータと、
前記フレームに対する前記第２の駆動輪の垂直位置を制御するために前記第２の駆動輪と動作的に接続された第２の駆動輪アクチュエータと、
を備えた車椅子を提供するステップと、
前記第１の前輪アクチュエータ、前記第２の前輪アクチュエータ、前記第１の後輪アクチュエータ、前記第２の後輪アクチュエータ、前記第１の駆動輪アクチュエータ及び前記第２の駆動輪アクチュエータのそれぞれを、前記フレームに対する前記第１の前輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第２の前輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第１の後輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第２の後輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第１の駆動輪の垂直位置及び前記フレームに対する前記第２の駆動輪の垂直位置を、独立して制御するように動作させるステップと
を備えている、方法。
【請求項１８】
前記フレームに対する前記第１の駆動輪の長手方向位置を独立して制御するために前記第１の駆動輪と動作的に接続された第１の長手方向駆動輪アクチュエータを動作させるステップと、前記フレームに対する前記第２の駆動輪の長手方向位置を独立して制御するために前記第２の駆動輪と動作的に接続された第２の長手方向駆動輪アクチュエータを動作させるステップとをさらに備えている、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の前輪アクチュエータ、前記第２の前輪アクチュエータ、前記第１の後輪アクチュエータ、前記第２の後輪アクチュエータ、前記第１の駆動輪アクチュエータ、前記第２の駆動輪アクチュエータ、前記第１の長手方向駆動輪アクチュエータ及び前記第２の長手方向駆動輪アクチュエータと動作的に接続された制御システムを提供するステップをさらに備えている、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記制御システムと動作的に接続されたセンサシステムを提供するステップをさらに備えている、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記センサシステムによって、重力に対する前記シートの向きを測定するステップと、前記制御システムによって、重力に対する前記シートの向きを所望の範囲に維持するように、前記フレームに対する前記第１の前輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第２の前輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第１の後輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第２の後輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第１の駆動輪の垂直位置及び前記フレームに対する前記第２の駆動輪の垂直位置のうち少なくとも１つを、独立して制御するステップとをさらに備えている、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
重力に対する前記シートの向きを所望の範囲に維持するように、前記フレームに対する前記第１の前輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第２の前輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第１の後輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第２の後輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第１の駆動輪の垂直位置及び前記フレームに対する前記第２の駆動輪の垂直位置のうち複数を、独立して制御するように前記制御システムを使用するステップを備えている、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記車椅子が下り勾配、上り勾配、横断勾配又は平坦でない地形のうち少なくとも１つを進行している際に、重力に対する前記シートの向きを所望の範囲に維持するステップを備えている、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記車椅子が縁石、段差の変化又は８インチまでの高さ変化を上り下りしている際に、重力に対する前記シートの向きを前記所望の範囲内に維持するステップを備えている、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記車椅子のクロール運動を行わせるように前記制御システムを動作させるステップをさらに含んでおり、このとき、前記車椅子を経路に沿って引っ張るようにして、前記第１の駆動輪の垂直位置及び前記第１の駆動輪の長手方向位置が変更されると共に前記第２の駆動輪の垂直位置及び前記第１の駆動輪の長手方向位置が変更される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
重力に対する前記シートの向きを変化させて側圧逃しを行うために、前記第１の前輪アクチュエータ、前記第２の前輪アクチュエータ、前記第１の後輪アクチュエータ、前記第２の後輪アクチュエータ、前記第１の駆動輪アクチュエータ及び前記第２の駆動輪アクチュエータのうち１つ以上を動作させるように前記制御システムを動作させるステップをさらに備えている、請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記車椅子の地上高を変化させるために、前記第１の前輪アクチュエータ、前記第２の前輪アクチュエータ、前記第１の後輪アクチュエータ、前記第２の後輪アクチュエータ、前記第１の駆動輪アクチュエータ及び前記第２の駆動輪アクチュエータのうち１つ以上を作動させるように前記制御システムを動作させるステップをさらに備えている、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
本体全体の振動を制御するように前記制御システムを動作させるステップをさらに備えている、請求項１９に記載の方法。
【請求項２９】
前記シートは、前記フレームに対して動き得ないように取付けられ、重力に対する前記シートの向きの変化は、重力に対する前記フレームの向きを変化させることによって達成される、請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
前記シートは、前記フレームに対して動き得るように取付けられ、重力に対する前記シートの向きの変化は、前記フレームに対する前記シートの向きの変化及び重力に対する前記フレームの向きの変化のうち少なくとも一方によって達成される、請求項１９に記載の方法。
【請求項３１】
フレームと、
前記フレームに取付けられたシートと、
前記フレームの第１の側における第１の前輪、及び、前記フレームの第２の側における第２の前輪と、
前記フレームの前記第１の側における第１の後輪、及び、前記フレームの前記第２の側における第２の後輪と、
前記第１の前輪と前記第１の後輪との間に位置している、前記フレームの前記第１の側における第１の駆動輪、及び、前記第２の前輪と前記第２の後輪との間に位置している、前記フレームの前記第２の側における第２の駆動輪と、
前記フレームに対する前記第１の駆動輪の長手方向位置を制御するために前記第１の駆動輪と動作的に接続された第１の長手方向駆動輪アクチュエータ、及び、前記フレームに対する前記第１の駆動輪の前記長手方向位置の前記第１の長手方向駆動輪アクチュエータによる制御とは独立して、前記フレームに対する前記第２の駆動輪の前記長手方向位置を制御するために前記第２の駆動輪と動作的に接続された第２の長手方向駆動輪アクチュエータと、
を備えた車椅子。
【請求項３２】
前記第１の長手方向駆動輪アクチュエータは、前記フレームに対する前記第２の駆動輪の前記長手方向位置の前記第２の長手方向駆動輪アクチュエータによる制御とは独立して、前記フレームに対する前記第１の駆動輪の前記長手方向位置を制御する、請求項３１に記載の車椅子。
【請求項３３】
前記フレームに対する前記第１の駆動輪の垂直位置を制御するために前記第１の駆動輪と動作的に接続された第１の駆動輪アクチュエータと、前記フレームに対する前記第２の駆動輪の垂直位置を制御するために前記第２の駆動輪と動作的に接続された第２の駆動輪アクチュエータとをさらに備えている、請求項３２に記載の車椅子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年９月２５日に出願された米国仮特許出願第６２／２３２，５５０号の利益を主張するものであり、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
以下の情報は、以下に開示される技術及びそのような技術が通常使用され得る環境についての読者の理解を補助するために提供される。本明細書において使用される用語は、本明細書にて別途明記されない限り、特定の狭い解釈に限定されることは意図されていない。本明細書において説明される参考文献は、それらの技術又は背景の理解を容易にし得る。本明細書において引用される全ての参考文献の開示は、参照により組み込まれる。
【０００３】
電動車椅子（ＥＰＷ）は、脊髄損傷、脳性麻痺、筋萎縮性側索硬化症又は筋ジストロフィーと診断される人々のように、上肢運動及び／又は下肢運動が制限又は不可能な人々にとって不可欠な移動デバイスである。多くの使用者は、ＥＰＷを屋内で使用するだけでなく、仕事、医者の予約、食料品店又は友人の家へ行く際に、屋外でも使用する。残念なことに、ＥＰＷ使用者は、屋外環境に乗り出す際に、不慣れな状況や障害に遭遇することがあり、使用者はそれによって動けなくなったり車椅子を転倒させたりして、重傷や死に至ることがある。そのような状況には、平坦でない地形、急勾配（走行勾配）、滑りやすい面、横断勾配及び縁石や段差のような建築上の障壁が含まれ得る。
【０００４】
ＥＰＷ使用者の数は、ベビーブーム世代人口の高齢化及び軍人の負傷による結果として増加すると予想される。現在のＥＰＷ使用者は３３万人と推定されており、車椅子の安全性を高める必要性がますます重要になってきている。最も一般的な事故は、牽引力が失われることや、動けなくなること、又は安定性が失われることによって生じることが報告されている。多くのＥＰＷ使用者は、転倒や転落、そしてそれに関連する怪我を経験したことがある。
【０００５】
したがって、屋外及び／又は屋内環境において危険な状況又は障害に遭遇した際に、ユーザの安全性を高める特徴を備えたＥＰＷを開発することが望ましい。
【発明の概要】
【０００６】
一態様では、車椅子は、フレームと、前記フレームに取付けられたシート又はシートシステムと、前記フレームの第１の側における第１の前輪、及び、前記フレームの第２の側における第２の前輪と、前記フレームの前記第１の側における第１の後輪、及び、前記フレームの前記第２の側における第２の後輪と、前記第１の前輪と前記第１の後輪との間に位置している、前記フレームの前記第１の側における第１の駆動輪、及び、前記第２の前輪と前記第２の後輪との間に位置している、前記フレームの前記第２の側における第２の駆動輪と、前記フレームに対する前記第１の前輪の垂直位置を制御するために前記第１の前輪と動作的に接続された第１の前輪アクチュエータと、前記フレームに対する前記第２の前輪の垂直位置を制御するために前記第２の前輪と動作的に接続された第２の前輪アクチュエータと、前記フレームに対する前記第１の後輪の垂直位置を制御するために前記第１の後輪と動作的に接続された第１の後輪アクチュエータと、前記フレームに対する前記第２の後輪の垂直位置を制御するために前記第２の後輪と動作的に接続された第２の後輪アクチュエータと、前記フレームに対する前記第１の駆動輪の垂直位置を制御するために前記第１の駆動輪と動作的に接続された第１の駆動輪アクチュエータと、前記フレームに対する前記第２の駆動輪の垂直位置を制御するために前記第２の駆動輪と動作的に接続された第２の駆動輪アクチュエータとを含んでいる。前記第１の前輪アクチュエータ、前記第２の前輪アクチュエータ、前記第１の後輪アクチュエータ、前記第２の後輪アクチュエータ、前記第１の駆動輪アクチュエータ及び前記第２の駆動輪アクチュエータのそれぞれは、前記フレームに対する前記第１の前輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第２の前輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第１の後輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第２の後輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第１の駆動輪の垂直位置及び前記フレームに対する前記第２の駆動輪の垂直位置を、独立して制御するように動作可能である。
【０００７】
前記車椅子は、前記フレームに対する前記第１の駆動輪の長手方向位置を独立して制御するために前記第１の駆動輪と動作的に接続された第１の長手方向駆動輪アクチュエータと、前記フレームに対する前記第２の駆動輪の長手方向位置を独立して制御するために前記第２の駆動輪と動作的に接続された第２の長手方向駆動輪アクチュエータとをさらに含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、前記車椅子は、前記第１の前輪アクチュエータ、前記第２の前輪アクチュエータ、前記第１の後輪アクチュエータ、前記第２の後輪アクチュエータ、前記第１の駆動輪アクチュエータ、前記第２の駆動輪アクチュエータ、前記第１の長手方向駆動輪アクチュエータ及び前記第２の長手方向駆動輪アクチュエータと動作的に接続された制御システムをさらに含んでいる。前記車椅子は、例えば、前記制御システムと動作的に接続されたセンサシステムをさらに含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、前記センサシステムは、（重力に対する）前記シートの向きを測定するセンサを含んでおり、前記制御システムは、（重力に対する）前記シートの向きを所望の範囲に維持するように、前記フレームに対する前記第１の前輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第２の前輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第１の後輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第２の後輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第１の駆動輪の垂直位置及び前記フレームに対する前記第２の駆動輪の垂直位置のうち少なくとも１つを、独立して制御するように動作可能である。
【０００８】
前記制御システムは、例えば、前記シートの向きを所望の範囲に維持するように、前記フレームに対する前記第１の前輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第２の前輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第１の後輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第２の後輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第１の駆動輪の垂直位置及び前記フレームに対する前記第２の駆動輪の垂直位置のうち複数を、独立して制御するように動作可能であってもよい。前記制御システムは、例えば、前記車椅子が下り勾配、上り勾配、横断勾配又は平坦でない地形のうち少なくとも１つを進行している際に、前記シートの向きを所望の範囲に維持するように動作可能であってもよい。いくつかの実施形態では、前記制御システムは、前記車椅子が縁石、段差の変化又は８インチまでの高さ変化を上り下りしている際に、前記シートの向きを前記所望の範囲内に維持するように動作可能である。前記シートの向きは、例えば、複数の段差の変化（又は階段）を上る又は下りる際に維持されてもよい。
【０００９】
いくつかの実施形態では、前記制御システムは、前記車椅子のクロール運動を行わせるように動作可能であり、前記車椅子を経路に沿って引っ張るようにして、前記第１の駆動輪の垂直位置及び前記第１の駆動輪の長手方向位置が変更されると共に前記第２の駆動輪の垂直位置及び前記第１の駆動輪の長手方向位置が変更される。前記制御システムは、例えば、重力に対する前記シートの向きを変化させて側圧逃しを行うために、前記第１の前輪アクチュエータ、前記第２の前輪アクチュエータ、前記第１の後輪アクチュエータ、前記第２の後輪アクチュエータ、前記第１の駆動輪アクチュエータ及び前記第２の駆動輪アクチュエータのうち１つ以上を作動させるように動作可能であってもよい。前記制御システムは、例えば、前記車椅子の地上高を変化させるために、前記第１の前輪アクチュエータ、前記第２の前輪アクチュエータ、前記第１の後輪アクチュエータ、前記第２の後輪アクチュエータ、前記第１の駆動輪アクチュエータ及び前記第２の駆動輪アクチュエータのうち１つ以上を作動させるように動作可能であってもよい。いくつかの実施形態では、前記制御システムは、本体全体の振動を制御するように動作可能である。
【００１０】
いくつかの実施形態では、前記シートは、前記フレームに対して固定されるか、前記フレームに対して動き得ないように取付けられ、重力に対する前記シートの向きの変化は、重力に対する前記フレームの向きを変化させることによって達成される。他の実施形態では、前記シートは、前記フレームに対して動き得るように接続され、重力に対する前記シートの向きの変化は、前記フレームに対する前記シートの向きの変化及び重力に対する前記フレームの向きの変化のうち少なくとも一方によって達成される。前記シートは、例えば、重力に対する傾斜の前方／後方角度、重力に対する傾斜の側方角度及び前記フレームに対する前記シートの高さのうち少なくとも１つを調節するために、アクチュエータシステムを介して前記フレームに動作的に接続されていてもよい。
【００１１】
別の態様では、方法は、フレームと、前記フレームに取付けられたシートと、前記フレームの第１の側における第１の前輪、及び、前記フレームの第２の側における第２の前輪と、前記フレームの前記第１の側における第１の後輪、及び、前記フレームの前記第２の側における第２の後輪と、前記第１の前輪と前記第１の後輪との間に位置している、前記フレームの前記第１の側における第１の駆動輪、及び、前記第２の前輪と前記第２の後輪との間に位置している、前記フレームの前記第２の側における第２の駆動輪と、前記フレームに対する前記第１の前輪の垂直位置を制御するために前記第１の前輪と動作的に接続された第１の前輪アクチュエータと、前記フレームに対する前記第２の前輪の垂直位置を制御するために前記第２の前輪と動作的に接続された第２の前輪アクチュエータと、前記フレームに対する前記第１の後輪の垂直位置を制御するために前記第１の後輪と動作的に接続された第１の後輪アクチュエータと、前記フレームに対する前記第２の後輪の垂直位置を制御するために前記第２の後輪と動作的に接続された第２の後輪アクチュエータと、前記フレームに対する前記第１の駆動輪の垂直位置を制御するために前記第１の駆動輪と動作的に接続された第１の駆動輪アクチュエータと、前記フレームに対する前記第２の駆動輪の垂直位置を制御するために前記第２の駆動輪と動作的に接続された第２の駆動輪アクチュエータとを含んだ車椅子を提供するステップを含んでいる。前記方法は、前記第１の前輪アクチュエータ、前記第２の前輪アクチュエータ、前記第１の後輪アクチュエータ、前記第２の後輪アクチュエータ、前記第１の駆動輪アクチュエータ及び前記第２の駆動輪アクチュエータのそれぞれを、前記フレームに対する前記第１の前輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第２の前輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第１の後輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第２の後輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第１の駆動輪の垂直位置及び前記フレームに対する前記第２の駆動輪の垂直位置を、独立して制御するように動作させるステップをさらに含んでいる。
【００１２】
前記方法は、例えば、前記フレームに対する前記第１の駆動輪の長手方向位置を独立して制御するために前記第１の駆動輪と動作的に接続された第１の長手方向駆動輪アクチュエータを動作させるステップと、前記フレームに対する前記第２の駆動輪の長手方向位置を独立して制御するために前記第２の駆動輪と動作的に接続された第２の長手方向駆動輪アクチュエータを動作させるステップとをさらに含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、前記方法は、前記第１の前輪アクチュエータ、前記第２の前輪アクチュエータ、前記第１の後輪アクチュエータ、前記第２の後輪アクチュエータ、前記第１の駆動輪アクチュエータ、前記第２の駆動輪アクチュエータ、第１の長手方向駆動輪アクチュエータ及び第２の長手方向駆動輪アクチュエータと動作的に接続された制御システムを提供するステップをさらに含んでいる。前記方法は、例えば、前記制御システムと動作的に接続されたセンサシステムを提供するステップをさらに含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、前記方法は、いくつかの実施形態では、前記方法は、前記センサシステムによって、（重力に対する）前記シートの向きを測定するステップと、前記制御システムによって、（重力に対する）前記シートの向きを所望の範囲に維持するように、前記フレームに対する前記第１の前輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第２の前輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第１の後輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第２の後輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第１の駆動輪の垂直位置及び前記フレームに対する前記第２の駆動輪の垂直位置のうち少なくとも１つを、独立して制御するステップとをさらに含んでいる。前記方法は、例えば、前記シートの向きを所望の範囲に維持するように、前記フレームに対する前記第１の前輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第２の前輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第１の後輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第２の後輪の垂直位置、前記フレームに対する前記第１の駆動輪の垂直位置及び前記フレームに対する前記第２の駆動輪の垂直位置のうち複数を、独立して制御するように前記制御システムを使用するステップをさらに含んでいてもよい。前記方法は、例えば、前記車椅子が下り勾配、上り勾配、横断勾配又は平坦でない地形のうち少なくとも１つを進行している際に、前記シートの向きを所望の範囲に維持するステップを含んでいてもよい。前記方法は、例えば、前記車椅子が縁石、段差の変化又は８インチまでの高さ変化を上り下りしている際に、前記シートの向きを前記所望の範囲内に維持するステップを含んでいてもよい。
【００１３】
いくつかの実施形態では、前記方法は、前記車椅子のクロール運動を行わせるように前記制御システムを動作させるステップをさらに含んでおり、このとき、前記車椅子を経路に沿って引っ張るようにして、前記第１の駆動輪の垂直位置及び前記第１の駆動輪の長手方向位置が変更されると共に前記第２の駆動輪の垂直位置及び前記第２の駆動輪の長手方向位置が変更される。前記方法は、例えば、前記シートの向きを変化させて側圧逃しを行うために、前記第１の前輪アクチュエータ、前記第２の前輪アクチュエータ、前記第１の後輪アクチュエータ、前記第２の後輪アクチュエータ、前記第１の駆動輪アクチュエータ及び前記第２の駆動輪アクチュエータのうち１つ以上を作動させるように前記制御システムを動作させるステップをさらに含んでいてもよい。前記方法は、例えば、前記車椅子の地上高を変化させるために、前記第１の前輪アクチュエータ、前記第２の前輪アクチュエータ、前記第１の後輪アクチュエータ、前記第２の後輪アクチュエータ、前記第１の駆動輪アクチュエータ及び前記第２の駆動輪アクチュエータのうち１つ以上を作動させるように前記制御システムを動作させるステップをさらに含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、前記方法は、本体全体の振動を制御するように前記制御システムを動作させるステップをさらに含んでいる。
【００１４】
上述したように、前記シートは、例えば、前記フレームに対して動き得ないように取付けられ、重力に対する前記シートの向きの変化は、重力に対する前記フレームの向きを変化させることによって達成されてもよい。他の実施形態では、前記シートは、前記フレームに対して動き得るように取付けられ、重力に対する前記シートの向きの変化は、前記フレームに対する前記シートの向きの変化及び重力に対する前記フレームの向きの変化のうち少なくとも一方によって達成される。
【００１５】
さらなる態様では、車椅子は、フレームと、前記フレームに取付けられたシートと、前記フレームの第１の側における第１の前輪、及び、前記フレームの第２の側における第２の前輪と、前記フレームの前記第１の側における第１の後輪、及び、前記フレームの前記第２の側における第２の後輪と、前記第１の前輪と前記第１の後輪との間に位置している、前記フレームの前記第１の側における第１の駆動輪、及び、前記第２の前輪と前記第２の後輪との間に位置している、前記フレームの前記第２の側における第２の駆動輪と、前記フレームに対する前記第１の駆動輪の長手方向位置を制御するために前記第１の駆動輪と動作的に接続された第１の長手方向駆動輪アクチュエータ、及び、前記フレームに対する前記第１の駆動輪の前記長手方向位置の前記第１の長手方向駆動輪アクチュエータによる制御とは独立して、前記フレームに対する前記第２の駆動輪の前記長手方向位置を制御するために前記第２の駆動輪と動作的に接続された第２の長手方向駆動輪アクチュエータとを含んでいる。いくつかの実施形態では、前記第１の長手方向駆動輪アクチュエータは、前記フレームに対する前記第２の駆動輪の前記長手方向位置の前記第２の長手方向駆動輪アクチュエータによる制御とは独立して、前記フレームに対する前記第１の駆動輪の前記長手方向位置を制御する。いくつかの実施形態では、前記車椅子は、前記フレームに対する前記第１の駆動輪の垂直位置を制御するために前記第１の駆動輪と動作的に接続された第１の駆動輪アクチュエータと、前記フレームに対する前記第２の駆動輪の垂直位置を制御するために前記第２の駆動輪と動作的に接続された第２の駆動輪アクチュエータとをさらに含んでいる。
【００１６】
本発明のデバイス、システム及び方法は、その特質及び付随する利点と共に、以下の詳細な説明を添付の図面と併せて考慮することにより最もよく認識及び理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】図１Ａは、実施形態の車椅子の側面図を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの車椅子の別の側面図であって、図１Ａの側面図とは反対側の側面図を示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａの車椅子の背面図を示す。
【図１Ｄ】図１Ｄは、図１Ａの車椅子の正面図を示す。
【図１Ｅ】図１Ｅは、図１Ａの車椅子のシステムの一部の実施形態を概略的に示す。該システムは、制御システム、センサシステム及びその様々なアクチュエータを含んでいる。
【図１Ｆ】図１Ｆは、図１Ａの車椅子の電子機器システムの実施形態を概略的に示す。
【図１Ｇ】図１Ｇは、種々異なるスレッド及びアプリケーションに対するマスタースレーブ方式を組み込んだ制御方法の実施形態についての、概略的な高水準表現を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、図１Ａの車椅子の背面斜視図を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１Ａの車椅子の別の背面斜視図を示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図１Ａの車椅子の正面斜視図を示す。
【図２Ｄ】図２Ｄは、図１Ａの車椅子の別の正面斜視図を示す。
【図２Ｅ】図２Ｅは、図１Ａの車椅子の別の正面斜視図を示す。ここで、前輪キャスターのアクチュエータは、空気圧アクチュエータ及びばねを含んでいる。
【図２Ｆ】図２Ｆは、図１Ａの車椅子の別の正面斜視図を示す。ここで、前輪キャスターのアクチュエータは、空気圧アクチュエータ及びばねを含んでいる。
【図３】図３は、図１Ａの車椅子の分解斜視図又は分解組立斜視図を示す。ここでは、シート又はシートシステムは、車椅子のフレームアセンブリから分解されている。
【図４】図４は、図１Ａの車椅子の別の分解斜視図又は分解組立斜視図を示す。
【図５】図５は、図１Ａの車椅子のフレームアセンブリの一部の拡大斜視図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図１Ａの車椅子のメインフレーム部品の正面斜視図を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図１Ａの車椅子のメインフレーム部品の背面斜視図を示す。
【図７】図７は、図１Ａの車椅子のメインフレーム部品の分解図又は分解組立図を示す。
【図８Ａ】図８Ａは、駆動輪が第１位置又は前輪駆動位置にある、図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図８Ｂ】図８Ｂは、駆動輪が第２位置又は中輪駆動位置にある、図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図８Ｃ】図８Ｃは、駆動輪が第３位置又は後輪駆動位置にある、図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図８Ｄ】図８Ｄは、左駆動輪が最前方位置にあり、右駆動輪が最後方位置にある、図１Ａの車椅子の上面図を示す。
【図８Ｅ】図８Ｅは、左駆動輪が最前方位置にあり、右駆動輪が最後方位置にある、図１Ａの車椅子の左側面図を示す。
【図８Ｆ】図８Ｆは、左駆動輪が最前方位置にあり、右駆動輪が最後方位置にある、図１Ａの車椅子の左側面図を示す。
【図９】図９は、図１Ａの車椅子を上向きに傾斜する走行勾配上に示すと共に、シートの向きを所望の範囲に維持するために車輪の垂直位置に対して行われる調整を示す。
【図１０】図１０は、図１Ａの車椅子を下向きに傾斜する走行勾配上に示すと共に、シートの向きを所望の範囲に維持するために車輪の垂直位置に対して行われる調整を示す。
【図１１】図１１は、図１Ａの車椅子を横断勾配上に示すと共に、シートの向きを所望の範囲に維持するために車輪の垂直位置に対して行われる調整を示す。
【図１２Ａ】図１２Ａは、上られる縁石に接近している図１Ａの車椅子の側面図を示す。このとき、使用者は、縁石登りアプリケーション又は機能を起動させる。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、駆動輪及び後輪キャスター上の空気圧アクチュエータによって最も高い位置まで上昇させられている、図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、縁石に接近し、駆動輪が縁石と接触するようになる、図１Ａの車椅子及び側面図を示す。
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、前輪キャスターに関連するアクチュエータによって前輪キャスターが縁石上まで下降させられている、図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１２Ｅ】図１２Ｅは、図１２Ｄの位置から前方に駆動されると同時に、駆動輪に関連するアクチュエータによって駆動輪を持ち上げている、図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１２Ｆ】図１２Ｆは、駆動輪が縁石上に位置するまで駆動輪がさらに持ち上げられている、図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１２Ｇ】図１２Ｇは、後輪キャスターが縁石に接触するまで図１Ａの車椅子が前方に駆動されると共に、前輪キャスターを縁石と接触した状態から持ち上げている際の、図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１２Ｈ】図１２Ｈは、図１Ａの車椅子が図１２Ｇの位置から前方に駆動されると同時に、後輪キャスターに関連するアクチュエータによって、後輪キャスターが縁石上にくるまで後輪キャスターを持ち上げている際の、図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１２Ｉ】図１２Ｉは、縁石登りアプリケーション又は機能が完了した後の図１Ａの車椅子の側面図を示す。このとき、使用者は、縁石登りアプリケーションを終了して、通常の運転を再開してもよい。
【図１３Ａ】図１３Ａは、下りることになる縁石に接近している図１Ａの車椅子の側面図を示す。このとき、使用者は、縁石登りアプリケーション又は機能を起動させる。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、駆動輪及び後輪キャスター上の空気圧アクチュエータによって最も低い位置まで上昇させられている、図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、縁石に接近している図１Ａの車椅子及び縁石の上に延びている前輪キャスターの側面図を示す。
【図１３Ｄ】図１３Ｄは、前輪キャスターが地面と接触するまで下降させられている、図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１３Ｅ】図１３Ｅは、図１３Ｄの位置から前方に駆動されると同時に、駆動輪に関連するアクチュエータによって駆動輪を下降させている、図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１３Ｆ】図１３Ｆは、駆動輪が地面に接触するまで／低い方の高さまで駆動輪がさらに下降させられている、図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１３Ｇ】図１３Ｇは、前方に駆動される図１Ａの車椅子の側面図を示す。ここで、駆動輪は、それらの最も前方の位置から最も後方の位置へと動かされる（これにより、フレームを前方に動かすと共に、縁石の上部とは後輪キャスターを介して接触し続けている）。
【図１３Ｈ】図１３Ｈは、後輪キャスターが縁石に接触しなくなるまで図１Ａの車椅子が図１３Ｇの位置から前方に駆動される際の、図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１３Ｉ】図１３Ｉは、フレームが最低地上高まで下降させられて、６つの車輪の全てが地面と接触している、図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１３Ｊ】図１３Ｊは、駆動輪が最も前方の位置に動かされ、前輪キャスターが地面から持ち上げられている、図１Ａの車椅子の側面図を示す。これは、図１３Ａに示されているものと同じ構成である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、屋外の構成（該構成では、車椅子の地上高は５インチであった）で平坦でない地形に接近している、図１Ａの車椅子の斜視図を示す。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１４Ａの車椅子の構成の左側面図を示す。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、図１４Ａの車椅子の構成の右側面図を示す。
【図１５Ａ】図１５Ａは、左側の駆動輪が平坦でない地形の外形を相殺する又は該外形に沿うように上方へと移動している、図１Ａの車椅子の斜視図を示す。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、図１５Ａの車椅子の構成の左側面図を示す。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、図１５Ａの車椅子の構成の右側面図を示す。
【図１６Ａ】図１６Ａは、車椅子が前方に移動し続けてその右側の平坦でない地形に接近しており、左側の平坦でない地形上を進行した後に左側の駆動輪が元の位置に戻り、右の駆動輪と左の後輪キャスターは、平坦でない地形の外形を相殺する又は該外形に沿うように上方へと移動している、図１Ａの車椅子の斜視図を示す。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、図１６Ａの車椅子の構成の左側面図を示す。
【図１６Ｃ】図１６Ｃは、図１６Ａの車椅子の構成の右側面図を示す。
【図１７Ａ】図１７Ａは、右の後輪キャスターが平坦でない地形に接触すると、車椅子は前方に移動し続けて、右の後輪キャスターが平坦でない地形を相殺するように上方へと移動すると共に、右の駆動前輪と左の後輪キャスターとが元の位置に戻る、図１Ａの車椅子の斜視図を示す。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、図１７Ａの車椅子の構成の左側面図を示す。
【図１７Ｃ】図１７Ｃは、図１７Ａの車椅子の構成の右側面図を示す。
【図１８Ａ】図１８Ａは、駆動輪が泥、砂、砂利、氷等の中で滑るために車椅子が動くことができない図１Ａの車椅子であって、駆動輪が最も前方の位置にある図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、前輪キャスターが地面に接触するまで延ばされると共に、両駆動輪がそれらの最も後方の位置に動かされて、それによりフレームが前方に動かされる、図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１８Ｃ】図１８Ｃは、フレーム及び駆動輪を地面から持ち上げて、前輪及び後輪キャスターが延ばされる、図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１８Ｄ】図１８Ｄは、駆動輪が最も前方の位置に動かされる図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１８Ｅ】図１８Ｅは、フレーム及び駆動輪が地面に接触するまで下降し、このプロセスが車椅子及びその使用者が動けるようになるまで繰り返される、図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１９Ａ】図１９Ａは、階段の上り下りプロセスを実行する図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、階段の上り下りプロセスを実行する図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１９Ｃ】図１９Ｃは、階段の上り下りプロセスを実行する図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１９Ｄ】図１９Ｄは、階段の上り下りプロセスを実行する図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１９Ｅ】図１９Ｅは、階段の上り下りプロセスを実行する図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１９Ｆ】図１９Ｆは、階段の上り下りプロセスを実行する図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１９Ｇ】図１９Ｇは、階段の上り下りプロセスを実行する図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１９Ｈ】図１９Ｈは、階段の上り下りプロセスを実行する図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１９Ｉ】図１９Ｉは、階段の上り下りプロセスを実行する図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１９Ｊ】図１９Ｊは、階段の上り下りプロセスを実行する図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１９Ｋ】図１９Ｋは、階段の上り下りプロセスを実行する図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１９Ｌ】図１９Ｌは、階段の上り下りプロセスを実行する図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１９Ｍ】図１９Ｍは、階段の上り下りプロセスを実行する図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１９Ｎ】図１９Ｎは、階段の上り下りプロセスを実行する図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図１９Ｏ】図１９Ｏは、階段の上り下りプロセスを実行する図１Ａの車椅子の側面図を示す。
【図２０Ａ】図２０Ａは、前輪／前輪キャスターの枢動アームが延長当接部／部材、停止部／部材又は足部／部材を含んでおり、前輪キャスターが上昇位置にある、車椅子の実施形態を示す。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、前輪キャスターが回転位置にある、図２０Ａの車椅子を示す。
【図２０Ｃ】図２０Ｃは、車椅子が位置している地形／表面に前輪キャスターの枢動アームの延長当接部が接触又は当接することによって車椅子の前後の動きに対して抵抗を与える又はその動きを防止するために、前輪キャスターが下向き位置又は停止位置にある、図２０Ａの車椅子を示す。
【図２１】図２１は、本願の自己水平化アルゴリズムの実施形態にて使用されるパラメータについての記述指標を含む、本願の車椅子の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本願の図面中に全体的に記載及び図示されるような実施形態の構成要素は、記載される代表的な実施形態に加えて、広く様々な異なる構成で配置及び設計されてもよいことが容易に理解されるであろう。したがって、以下に示す代表的な実施形態についてのより詳細な説明は、図面中に図示されるように、特許請求の範囲に記載されるような実施形態の範囲を限定することを意図したものではなく、代表的な実施形態の単なる例示である。
【００１９】
本明細書を通じての「一実施形態」又は「実施形態」（あるいは同様のもの）に対する参照は、その実施形態に関して記載される特定の特徴、構造又は特性が、少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通じて「一実施形態では」又は「実施形態で」あるいは同等の語句が様々な箇所に現れたとしても、それらが必ずしも全て同じ実施形態を示すとは限らない。
【００２０】
さらに、記載の特徴、構造、又は特性は、１つ以上の実施形態において任意の適切な方法にて組み合わせることができる。以下の説明では、実施形態が完全に理解されるように、多くの特定の詳細が提供される。しかしながら、当業者であれば、１つ以上の特定の詳細、又は他の方法、構成要素、材料等を用いることなく、様々な実施形態が実施可能であることを認識するであろう。他の例では、公知の構造、材料又は動作については、理解の妨げにならないように示されていないか、詳細には記載されない。
【００２１】
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形“a""an"及び"the"は、文脈上他に明確に指示されない限り、複数に対する言及を含む。したがって、例えば、「アクチュエータ（an actuator）」に対する言及には、複数のそのようなアクチュエータ及びその当業者に既知の均等物等が含まれ、「該アクチュエータ（the actuator）」に対する言及は、１つ又は複数のそのようなアクチュエータ及びその当業者に既知の均等物等が含まれる。本明細書における値の範囲についての詳述は、範囲内に含まれる個々の値を個別に参照する簡略な方法として用いられることを単に意図したものである。本明細書中にて他に示されない限り、個々の値及び中間の範囲は、本明細書中で個別に記載されているかのように明細書中に組み込まれる。本明細書中に記載される全ての方法は、本明細書中で他に示されない限り、又は、文中において明らかに逆のことが示されていない限り、任意の適切な順序で実施され得る。
【００２２】
本明細書にて使用される用語「電子回路」又は「回路（circuitry，circuit）」は、以下に限定されないが、（１つ又は複数の）機能又は動作を実行するためのハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア又はそれぞれの組み合わせを含んでいる。例えば、所望の特徴又は必要性に基づいて、回路は、ソフトウェア制御マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のような個別ロジック、又は他のプログラムされるロジックデバイスを含むことができる。また、回路は、ソフトウェアとして完全に具現化されてもよい。本明細書にて使用される場合、用語「回路」は、「ロジック」と同義であるとみなされる。本明細書にて使用される用語「ロジック」は、以下に限定されないが、（１つ以上の）機能若しくは動作を実行するための、又は、他のコンポーネントからの機能又はアクションを起こすためのハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア又はそれぞれの組み合わせを含んでいる。例えば、所望の用途又は必要性に基づいて、ロジックは、ソフトウェア制御マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のような個別ロジック、又は他のプログラムされたロジックデバイスを含んでいてもよい。また、ロジックは、ソフトウェアとして完全に具現化されてもよい。
【００２３】
本明細書にて使用される用語「プロセッサ」は、以下に限定されないが、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、中央処理装置（ＣＰＵ）及びデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）のような、実質的に任意の数のプロセッサシステム又はスタンドアロンプロセッサのうちの１つ以上を、任意の組み合わせで含んでいる。プロセッサは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、プログラマブル読み出し専用メモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能なプログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭ）、クロック、デコーダ、メモリコントローラ又は割り込みコントローラ等のような、プロセッサの動作をサポートする様々な他の回路に関連付けられてもよい。これらのサポート回路は、プロセッサ又はそれに関連付けられた電子パッケージングの内部又は外部にあってもよい。サポート回路は、プロセッサと動作的に通信している。サポート回路は、ブロック図又は他の図面において、プロセッサから必ずしも分離して示されていない。
【００２４】
本明細書にて使用される用語「ソフトウェア」は、以下に限定されないが、コンピュータ又は他の電子デバイスに対して機能、動作を実行させる又は所望の通りに振る舞わせるための、１つ以上のコンピュータ読み出し可能又は実行可能な命令を含んでいる。該命令は、ルーチン、アルゴリズム、モジュール又はプログラムのような様々な形態で具現化されてもよく、これらには、動的にリンクされたライブラリから分離されたアプリケーション又はコードが含まれる。また、ソフトウェアは、スタンドアロンプログラム、ファンクションコール、サーブレット、アプレット、メモリに格納された命令、オペレーティングシステムの一部又は他のタイプの実行可能な命令のような様々な形態で実装されてもよい。当業者であれば、ソフトウェアの形態が、例えば、所望のアプリケーションの要件、該アプリケーションが動作する環境又は設計者／プログラマーの要望等に依存することが理解されよう。
【００２５】
いくつかの実施形態では、移動性が向上した車椅子は、使用者の安全性を高める高度なアプリケーション又は機能を提供する。本発明の移動性が向上した車椅子のアプリケーション又は機能は、例えば、急勾配（走行勾配）及び／又は横断勾配を進行する際にシートシステムの位置を維持するための自己水平化機能を含んでおり、それによって、ＥＰＷの安定性、（例えば、滑りやすい面上を）走行する際に車椅子の進行方向がコースから外れることを防止する牽引力制御、及び、使用者が縁石又は他の高さ変化（例えば、代表的な実施形態では、縁石、段差の変化又は８インチまでの高さ変化（弧状又は曲線状の高さ変化を含む））を安全に上る又は下りることを可能にする縁石登り／降りを向上させる。本明細書にて使用される場合、表面又は経路の「走行勾配」は、経路に沿った進行方向を基準とした勾配（すなわち、上り坂又は下り坂）である。本明細書にて使用される場合、「横断勾配」は、走行勾配に垂直な表面又は経路の勾配又は傾斜である。
【００２６】
ＥＰＷの利用者は、該利用者を可能な限り安全にかつ単独で希望の場所まで運送する移動デバイスに大きく依存している。残念なことに、使用者が、泥、砂、雪及び／又は砂利のような危険な地形や、縁石、急勾配、横断勾配のような建築上の障壁に遭遇する場合がある。本発明者らの研究によれば、車椅子のタイプ間の性能の違いが最も大きくなる状況は、泥、砂利、横断勾配であった。泥については、中輪駆動（ＭＷＤ）車椅子使用者及び後輪駆動（ＲＷＤ）車椅子使用者の約７０％が泥を避けたのに対して、前輪駆動（ＦＷＤ）使用者は３３％しか避けなかった。ＭＷＤ及びＲＷＤ車椅子と比較した際のＦＷＤ車椅子の設計は、この車椅子使用者間における違いを説明し得る。ＦＷＤ車椅子の場合、大型の駆動輪が前部にあり、前輪キャスターが泥を掘り下げてしまう可能性を低減又は排除する。同様の観察は、砂利の場合にも行われ得る。しかしながら、砂利を避けることについては、ＭＷＤ使用者とＲＷＤ使用者との違いがはるかに大きいことが判明した。この点について、ＲＷＤ車椅子使用者の５４％が砂利を避けたのに対し、ＭＷＤ車椅子使用者は３１％、ＦＷＤ車椅子利用者は１７％であった。異なる車椅子のタイプ間の違いは、例えば、ＲＷＤ車とＭＷＤ車椅子との間の重量分布の違いのために生じている可能性がある。ＲＷＤ車椅子の重量は典型的には前方寄りになり、キャスターが砂利を掘り下げてしまう可能性がある。しかしながら、ＭＷＤ車椅子の場合、重量は中心寄りになる。横断勾配の場合には、ＲＷＤ使用者は、ＦＷＤ使用者（５０％）及びＭＷＤ使用者（６２％）と比較して、横断勾配を避ける傾向が最も低かった（３１％）。ＭＷＤ車椅子は主に屋内で使用するために設計されていることから、ＭＷＤ使用者は屋外を走行する際により大きな困難を伴うため、このような結果が生じている可能性がある。
【００２７】
ある１つの研究に参加した車椅子使用者の５０％以上が、以下に示す状況が困難であったことを表明した：平坦でない地形、砂利、急勾配の上り走行、泥及び濡れた草。さらに、参加者の５０％が避けた走行状況には、泥、柔らかい砂、氷、車輪の１つが地面から離れた走行、雨及び横断勾配が含まれていた。
【００２８】
代表的な移動性向上ロボット車椅子１０（移動性向上ロボット又はＭＥＢｏｔと称されることがある）は、例えば上述のような車椅子使用者からのフィードバックに基づいて設計された。いくつかの高度な、例えば、車椅子１０の屋外移動性能を改善するアプリケーション又は機能には、選択可能な駆動輪位置、自己水平化、縁石登り及び牽引力制御が含まれる。また、移動性能を改善することに加えて、車椅子１０のいくつかの機能は安定性をも高めて、重傷や死に至る車椅子の転倒及び／又は転落のおそれを最小限に抑える。
【００２９】
車椅子１０は、例えば図１Ａ〜図２Ｄに示される実施形態では、６つの車輪を含んでいる。この点において、車椅子１０は、２つの前輪キャスター又はキャスター２０ａ及び２０ｂ、２つの後輪キャスター又はキャスター４０ａ及び４０ｂ、並びに、２つの駆動輪６０ａ及び６０ｂを含む。駆動輪６０ａ，６０ｂは、前輪キャスター２０ａ、２０ｂと後輪キャスター４０ａ、４０ｂとの間に配置されている。前輪キャスター２０ａ，２０ｂ、後輪キャスター４０ａ，４０ｂ及び駆動輪６０ａ，６０ｂのそれぞれは、それらのための関連するアクチュエータシステムによって独立して制御可能である。アクチュエータシステムは、例えば、作動技術において知られているように、電気式、電気機械式、空気圧式、油圧式等であってもよい。本明細書にて使用される場合、用語「アクチュエータ」、「アクチュエータシステム」及び同様のものは、機構又はシステムを動かす及び／又はその動きを制御するように動作可能な部品又は要素を指す。アクチュエータシステムは、車輪を持ち上げ又は降ろして、それにより、例えばベースの高さを増減させたり、車椅子１０を前後方向及び横方向に均一の高さにしたりすることができる。さらに、車輪又はキャスターのそれぞれの垂直位置を独立して制御することができるため、車輪／キャスターは、車椅子１０のシートの向き／位置を制御しつつ地形に沿うことができる。例えば、シートの向き／位置は、車椅子１０が平坦でない地形を通過している間に、スペース内に固定された又は実質的に固定された状態に維持され得る。本明細書にて使用される用語「垂直位置」は、図２Ｃに示すように、車椅子１０の垂直軸Ｖに関連する位置又は該垂直軸Ｖの方向における位置を示す。用語「高さ」は、車椅子１０に関して使用される場合、垂直軸Ｖの方向における位置を示す。動力駆動輪６０ａ，６０ｂの水平位置又は長手方向位置はまた、例えば障害物の乗り越え、地形の追跡及びクロール機能の実施を補助するために（すなわち、椅子を引っ張るように垂直及び水平動力輪の位置を使用して）、独立して制御されてもよい。用語「水平位置」又は「長手方向位置」は、図２Ｃに示すように、車椅子１０の長手方向軸Ｌに関連する位置又は該長手方向軸Ｌの方向における位置を示す。用語「前方」及び「後方」、長手方向軸Ｉの方向における方向を示し、前方及び類似の用語は、車椅子１０に着座した使用者の向きによって定義される車椅子１０の前部に向かう方向を示す。
【００３０】
図示の実施形態では、前輪キャスター２０ａ，２０ｂ、後輪キャスター４０ａ，４０ｂ及び駆動輪６０ａ，６０ｂは、ベース又はメインフレーム部品、フレーム又はベース１００に動作的に接続されている。前輪キャスターは、枢動アーム２３ａ及び２３ｂを介して、メインフレーム構成要素１００にそれぞれ枢動可能に取付けられている。後輪キャスターは、枢動アーム４３ａ及び４３ｂを介して、メインフレーム構成要素１００にそれぞれ枢動可能に取付けられている。駆動輪６０ａ及び６０ｂは、枢動アーム６３ａ及び６３ｂを介して、フレームにそれぞれ取付けられている（例えば、図１Ａ及び図１Ｂを参照）。シートアセンブリ２００は、バックレスト２１０、シート２２０、アームレスト２３０及びレッグレスト２４０を含んでおり、メインフレーム構成要素１００の上部に取付けられている。制御システムインタフェース３００は、例えば、ジョイスティック３１０及び／又は様々な他のコントローラ（例えば、ボタン等）を含んでおり、アームレスト２４０の一方に取付けられている。制御システムインタフェース３００は、制御システム３５０（例えば、図１Ｅを参照）と動作的に接続されており、この制御システム３５０は、例えば、メモリシステム３５２と動作的に接続されたマイクロコントローラのような１つ以上のコンピュータ／プロセッサを含むプロセッサシステム３５１を含んでいてもよい。酸素システム５００のための取付けシステム又はコネクタシステム５２０（例えば、図１Ａ参照）は、例えば、シートアセンブリ２００のバックレスト２１０の後方側に設けられていてもよい。
【００３１】
図１Ｆは、車椅子１０用の電子機器の一実施形態についての概略図を示している。図１Ｆにおいて、ＤＩＯはデジタル入出力を表し、ＡＩＯはアナログ入出力を表し、ＰＯＴは電位差計を表し、６−ＤＯＦ ＩＭＵは６自由度の慣性測定ユニットを表し、ＰＷＭはパルス幅変調を表し、ＰＳＦは動力シート機能を表し、Ｂ／ＦＭＬは前／後の左側中輪、Ｂ／ＦＭＲは前／後の右側中輪を表す。図１Ｆにおいて、ｄｓＰＩＣは、アリゾナ州チャンドラーのMicrochip Technology社から入手可能なデジタル信号コントローラを示す。ＥＸＢ／Ｃｏｂｒａは、オレゴン州テュアラティンのVersaLogic社から入手可能な組み込みボードコンピュータを表す。
【００３２】
図７は、制御システム３５０のいくつかの要素及びそれらのための区画を示す。図示の実施形態では、第１の後部電子機器ボックス又は区画１１０は、フレーム部品１００に取付けられており、サーボドライバ１１２（例えば、カリフォルニア州カマリロのＡＭＣすなわちAdvance Motion Controls社から入手可能）を包含している。このサーボドライバ１１２は、駆動輪６０ａ及び６０ｂのハブモータ６１ａ及び６１ｂ（例えば、図１Ｄを参照）に与えられる電圧を、例えばパルス幅変調信号すなわちＰＷＭ信号を用いて制御するために使用される。直角駆動列を備えた（１つ又は複数の）標準的なモータもまた、駆動輪６０ａ及び６０ｂに動力を供給するために使用され得る。第２の後部電子機器ボックス又は区画１２０は、フレーム部品１００に取付けられており、制御システム３５０のプロセッサシステム３５１とセンサシステム３７０のセンサとの間の通信のための電力線分配システム及びセンサインタフェースボード１２２を包含している。いくつかの実施形態では、センサシステム３７０のセンサは、空気圧用の４つの位置センサ及び４つの圧力センサ、前輪キャスター用の２つの位置センサ、４つのエンコーダ（２つは各駆動輪６０ａ、６０ｂの各速度測定用、２つは各駆動輪６０ａ、６０ｂの水平位置測定用）、３つの追加のアナログ信号、及び、プロセッサシステム３５１とサーボドライバ１１２との間のインタフェースを含んでいる。電力線分配システムは、バッテリーパック１３０のバッテリーからドライバ１１２、電子機器システム及び中継基板ボックスに電力を供給する。後部電子機器ボックス１１０及び１２０に加えて、電子機器システムは、コンピュータボックス３５１ａ（図１Ｅに概略的に図示される）と、中継基板ボックス（図示しない）と、空気圧マニホールド１３０と、制御システムインタフェースシステム３００とをさらに含んでいる。この制御システムインタフェースシステム３００は、例えば、ジョイスティックインタフェース３１０と、グラフィカルインタフェース３２０とを含んでいる。いくつかの実施形態では、コンピュータボックス３５１ａは、電子機器ボックスの残りの部分及び車椅子１０のアプリケーション／機能を制御するプログラム可能なマイクロコントローラ（例えば、上述のＤｓＰＩＣ（登録商標）デジタル信号コントローラ）を含んでいる。制御システムインタフェース／ジョイスティックインタフェース３００は、コンピュータボックス３５１ａに入力信号を提供することによって、ドライバ１１２を用いて駆動輪６０ａ、６０ｂの速度及び加速度を制御し、空気圧マニホールド１３０を通じて後輪キャスター４０ａ、４０ｂ及び駆動輪６０ａ、６０ｂに関連する空気圧の垂直運動を調整し、前輪キャスター２０ａ、２０ｂの高さを制御して、シート機能の移動を制御し（例えば、シート２２０の傾斜の（重力の向きに対する）前方／後方角度、シート２２０の傾斜の側方角度及び／又はバックレスト２１０のリクライニングの角度、並びに、レッグレスト２４０の位置を、図１Ａに概略的に示されているアクチュエータシステム２６０における１つ以上のアクチュエータによって制御し）、中継基板ボックスを通じて駆動輪６０ａ，６０ｂの水平移動を制御する。���えて、コンピュータボックス３５１ａは、例えば任意の信号エラーを補償するために、センサインタフェースボード１２２からフィードバック信号を受信する。患者の健康のためのシート機能及びその調節は、例えば、米国特許出願公開第２０１５／０２０９２０７号において論じられており、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【００３３】
グラフィカルユーザインタフェース３２０は、例えば、モード又は機能（例えば、縁石を登る、地形に沿う、方向制御、牽引力制御、クロールモード、走行モード、シート機能、階段を登る等）を表示及び変更するために使用されてもよい。最大速度、最大加速度、位置範囲、角度範囲のような使用者に固有のパラメータ設定が設定され得る。アプリケーションソフトウェアは、メモリシステム３５２に記憶され、プロセッサシステム３５１によって実行され、以下に示す事項のためのリアルタイム制御を含むことができる：方向制御、縁石、牽引力制御、地面反力の最適化、重量シフト、障害物検出／乗り越え、階段、シート機能、標準走行等。いくつかの実施形態では、メモリシステム３２５に格納され、プロセッサシステム３５１によって実行可能な連携ソフトウェアには、アプリケーションの競合解消、優先順位の設定及び複数の時間スケール制御（例えば、障害物を乗り越えながらの走行又は向きを維持しながらの走行）の管理に対するリアルタイム制御が含まれる。基本的なシステム状態制御には、例えば、センサ、増幅器、モータ、空気圧及び他の基本システムの状態を記録することが含まれる。安全モード制御には、例えば、センサ、アクチュエータ又は他の基本制御要素の損失の結果としての性能の低下又は安全性の悪化に対する応答が含まれる。インタフェースは、データの記録、ソフトウェアの更新、使用者設定の維持等を行うため、例えば、スマートフォン、タブレット、インターネット接続等のために提供されてもよい。
【００３４】
図１Ｇは、種々異なるスレッド及びアプリケーションに対するマスタースレーブ方式を組み込んだ制御方法の実施形態についての、概略的な高水準表現を示す。図１Ｇの実施形態では、マスターは、任意の障害又はエラーをチェックし、それによって車椅子１００の内外の安全を確保するために、各アプリケーションを監視している。図１Ｇの制御方法は、例えば、図１Ｅの制御システムインタフェース３００によって実施されてもよい。
【００３５】
いくつかの実施形態では、車椅子１０の駆動輪の位置は、車椅子１０をＦＷＤ、ＭＷＤ又はＲＷＤのＥＰＷ（それぞれ図８Ａ、８Ｂ及び８Ｃ参照）として構成するように、使用者によって選択可能である。これらの種々異なる構成は、車椅子１０の操縦性及び走行ダイナミクスに影響を及ぼす。さらに、駆動輪の位置は、車椅子１０の安定性及び車椅子１０の重心に対する操作の容易性にも影響を及ぼし得る。図示の代表的な実施形態では、駆動輪２０ａ及び２０ｂは、例えば、図８Ｂにおいて図示されている中輪の位置から７インチ前方及び後方に位置していてもよい。当業者には明らかなように、駆動輪６０ａ、６０の駆動範囲は、工学的原理に基づく実施可能な変更によって、７インチより小さく又は大きくされていてもよい。駆動輪の位置は、使用者の好み及び／又は使用者が走行している地形／障害物のタイプに基づいて、制御システムインタフェース３００を介して使用者により選択されてもよい。したがって、図示の代表的な実施形態では、駆動輪６０ａ及び６０ｂは、前輪駆動ＥＰＷの構成から後輪駆動ＥＰＷの構成にまで、合計１４インチ動くことができる。図示の実施形態では、駆動輪６０ａ，６０ｂの水平方向又は長手方向の動きは、ラック・ピニオン機構を駆動するウォームギヤモータ６４ａ及び６４ｂを使用して提供される。ラック６６ｂは、例えば、図３及び図５に示されている。駆動輪６０ａ及び６０ｂは、一組の線形軸受レールに沿って案内される。線形軸受レール６８ｂ及び６９ｂは、例えば図５に図示されている。車椅子１０の両側におけるウォームギヤモータ及びラック・ピニオン機構は、図示の実施形態では同一である。いくつかの実施形態では、駆動輪６０ａ及び６０ｂのそれぞれは、独立して前方又は後方に動くことができる。
【００３６】
一般的に、ＭＷＤ位置は、駆動輪６０ａ及び６０ｂが車椅子１０の中心に配置される結果、典型的には最も高い操縦性を有している。そのような駆動輪６０ａ及び６０ｂの中央配置では、車椅子自身の車輪前後間隔の範囲内で３６０度回転することが可能になる。しかしながら、いずれかの前輪キャスター２０ａ若しくは２０ｂ又はいずれかの後輪キャスター４０ａ若しくは４０ｂが横方向の力を受けると、車椅子１０はコースから外れる可能性がある。２番目に操作が容易な構成は、ＦＷＤ構成である。ＦＷＤ構成では、車椅子１０は、障害物を登る際又は荒れた地形の上を進む際に、径のより大きい駆動輪６０ａ及び６０ｂが最初に障害物に接触するため、より良好に機能し得る。しかしながら、駆動輪６０ａ及び６０ｂは、その重心が椅子の後方にあるため、平坦でない地形上を走行する際又は高速で走行する際には操縦が困難である。ＲＷＤ構成は、高速時に最も安定かつ制御が簡易である傾向があるが、ＭＷＤ又はＦＷＤ構成における操縦性が不足している場合がある。
【００３７】
このようにして、各構成は、それぞれ特定の状況下において、改善された牽引力及び操縦性を提供することができる。さらに、車椅子１０が砂又は砂利のなか走行する際に駆動輪６０ａ及び６０ｂの両方に対する牽引力を失うと、駆動輪６０ａ及び６０ｂの牽引力を回復できるまで、尺取り（クロール）運動によって、車椅子は前方又は後方にクロールすることができる。そのような尺取り又はクロール運動は、各駆動輪６０ａ及び６０ｂの位置が垂直及び水平方向／長手方向の両方で独立して調整可能であるため、行うことができる。この操作モードにより、車椅子１０は、駆動輪６０ａ及び６０ｂを持ち上げて長手方向に移動させて、それにより障害物（例えば、経路中の岩）を乗り越えることができる。例えば、駆動輪６０ａ，６０ｂが空転又はグリップを失う滑りやすい（例えば、氷で覆われていたり、ぬかるみのような）又は不安定な（例えば、砂）表面上において車椅子１０が動けなくなった際に、クロールによって牽引力を最大にする。いくつかの実施形態では、クロールは、全ての車輪の垂直方向の動きと、駆動輪６０ａ，６０ｂの水平方向の動きとを使用する。
【００３８】
上述のように、前輪キャスター２０ａ，２０ｂ、後輪キャスター４０ａ，４０ｂ及び駆動輪６０ａ，６０ｂのそれぞれの垂直位置は、独立して制御可能である。図８Ｄ〜図８Ｆに示すように、駆動輪６０ａ，６０ｂの長手方向位置は、独立して制御可能である。図９〜図１１に示すように、前輪キャスター２０ａ，２０ｂ、後輪キャスター４０ａ，４０ｂ及び駆動輪６０ａ，６０ｂの垂直位置の調整は、車椅子１０の自己水平化を行うために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、ここでの自己水平化アプリケーション（例えば、メモリシステム３５２内に格納されたソフトウェアにおいて少なくとも部分的に具現化されてもよい）は、フレーム１００の「ゼロ角度位置」を検出するために較正を行う。ゼロ角度位置は、車椅子１０が平坦な地面上にあると共に各車輪が平坦な地面上に載置された状態で同じベースレベルにある際における位置又はフレーム１００と定義される。較正の後に、センサシステム３７０のセンサ（図１Ｅに概略的に表される）は、車椅子１０が表面上を走行する際に、フレーム１００のピッチ及びロール角を検出する。センサシステム３７０は、例えば、１つ以上の位置センサ、１つ以上の圧力センサ、１つ以上の慣性測定ユニット等を含んでいてもよい（例えば、図１Ｆ参照）。それぞれの駆動輪６０ａ及び６０ｂと動作的に接続された空気圧アクチュエータ６２ａ及び６２ｂ、並びに、それぞれの後輪キャスター４０ａ及び４０ｂ上にある空気圧アクチュエータ４２ａ及び４２ｂは、車椅子１０が走行している表面の勾配角に基づいて収縮又は伸長する。例えば、図９に示すように車椅子１０が丘を登るとするならば、後輪キャスター４０ａ及び４０ｂは、例えば、上り斜面及び水平フレーム１００（及びこれに接続されたシート２２０）によって生じる角度を相殺するように、空気圧アクチュエータ４２ａ及び４２ｂによって伸長される。図１０は、例えば、下り坂勾配によって水平フレーム１００（及びこれに接続されたシート２２０）に生じる角度を相殺するために、後部キャスター４０ａ及び４０ｂを空気圧アクチュエータ４２ａ及び４２ｂによって収縮することを示す。別の例では、車椅子１０が、勾配が右から左へと（図１１に示すように）高くなる勾配面を横切って走行している際に、右側の駆動輪６０ａ及び後輪キャスター４０ｂが伸長すると共に左側の駆動輪６０ｂ及び後輪キャスター６０ｂが収縮してもよく、それによって傾斜を相殺する。この（１つ又は複数の）自己水平化アプリケーション又は機能によって、下り勾配、上り勾配、横断勾配又は平坦でない地形を走行する際の、車椅子１０の安定性並びに使用者の快適性及び安全性が増加する。車椅子１０の前輪キャスター２０ａ，２０ｂ、後輪キャスター４０ａ，４０ｂ及び駆動輪６０ａ，６０ｂのそれぞれは、（駆動輪６０ａ、６０ｂ及び後部キャスター４０ａ，４０ｂのそれぞれの場合には）関連する空気圧アクチュエータ４２ａ，４２ｂ及び６２ａ，６２ｂによって、並びに、（前輪キャスター２０ａ，２０ｂの場合には）電動アクチュエータ２２ａ，２２ｂによって、上下に動かされる能力を有する。いくつかの実施形態では、アクチュエータ２２ａ及び２２ｂは、（例えば、図２０Ａ〜図２０Ｃ及び図２１に示すような）空気圧アクチュエータであった。図２Ｅ及び図２Ｆに示すように、前輪キャスター４０ａ，４０ｂのアクチュエータは、例えば、空気圧アクチュエータ２２ａ’，２２ｂ’及びガススプリング２３ａ’，２３ｂ’もまた含んでいてよい。車椅子１０の前輪キャスター２０ａ，２０ｂ、後輪キャスター４０ａ，４０ｂ及び駆動輪６０ａ，６０ｂの垂直位置を独立して制御することにより、車椅子１０が勾配又は平坦でない地形で運転されている間に、車椅子１０は、シートシステム２００の同じ位置／向きを維持することによって、その重心を変化させることが可能になる。多くの代表的な実施形態では、車椅子１０が自己水平化を実行可能な最大勾配及び横断勾配は、それぞれ１６．８４°及び２０．３１°である。当業者は、これらの最大勾配及び／又は横断勾配が、工学的原理を使用して、容易に修正できることを理解するであろう。センサシステム３７０のセンサは、シートシステム２００の位置を監視してもよい。前輪キャスター２０ａ，２０ｂ、後輪キャスター４０ａ，４０ｂ及び駆動輪６０ａ，６０ｂのそれぞれは、地形の角度を相殺すると共にシートシステム２００の位置を維持するように上方又は下方に動くことができ、それにより安定性が向上する。上述したように、車椅子１０は、約２０．３１°までの横断勾配及び約１６．８４までの勾配についてのシートシステム２００（すなわち、シートシステム２００）の位置を維持することができ、それによってのシート２２０の表面の自動及び／又は手動での自己水平化を提供する。いくつかの代表的な実施形態では、シートの向きは、最大１８度の走行勾配及び／又は最大２０度の横断勾配にわたって（又は、車輪の垂直動作の範囲にわたって）、横方向及び長手方向において、＋／−５、＋／−２．５又は±１度の水平（すなわち、重力場の方向に対して垂直）範囲内に維持される。車椅子１０の自己水平化のためのアルゴリズムの例は、例えば、以下に記載される。
【００３９】
車椅子のサスペンションの制御は、本体振動全体を軽減又は改良するためにも使用され得る。この点において、アクチュエータの剛性は、シートシステム２００の３Ｄ加速度及び３Ｄ角加速度を最小にするように制御されてもよい。３Ｄ加速度及び３Ｄ角加速度を制御するアルゴリズムは、例えば、上述のような自己水平化（即ち、方位又は姿勢制御）に類似していてもよいが、制御変数はデカルト位置及び角度位置の代わりに線形加速度及び角加速度となる。
【００４０】
多くのＥＰＷは、縁石を登ることができず、具体的には、（例えば高さ８インチまでの）大きな縁石を登ることができない。車椅子１０の場合、縁石（段差の変化）登りアプリケーション又は機能（例えば、メモリシステム３５２内に格納され、プロセッサシステム３５１によって実行可能なソフトウェアにおける少なくとも部分的な実施形態であってもよい）は、車椅子１０の前輪キャスター２０ａ，２０ｂ、後輪キャスター４０ａ，４０ｂ及び駆動輪６０ａ，６０ｂのそれぞれの垂直移動、並びに、駆動輪６０ａ，６０ｂの水平方向又は長手方向の動きを使用する。縁石登りアプリケーションが起動されると、車椅子１０は、例えば、（例えば高さ８インチまでの）縁石を登るためのステップのシーケンスを自動的に実行してもよい。この縁石登りアプリケーションによって、使用者が縁石に乗り上げる又は縁石から降りることを望む場所の近くではカーブカットが利用できない場合に、カーブカットを探す必要がなくなる。さらに、この代替的な走行アプリケーション又は機能によって、車椅子が高さ８インチまでの環境障壁を乗り越えることが可能になる。
【００４１】
順方向の縁石登りシーケンスを、図１２Ａ〜図１２Ｉに示す。車椅子１０は、例えば、前方又は後方のいずれかに走行している間に、縁石を上り下りすることができる。これは、使用者が望んでいるか状況が必要としているかを問わない。例えば、人は、道路を渡るために縁石から下りて前方へ走行したが、車が接近してきていることに気づいて、該縁石の上へと後退又は逆戻りすることがある。図１２Ａ〜図１２Ｉでは、符号が密集して混乱することを防ぐため、車椅子１０の全要素にまでは符号を付していない。車椅子１０の使用者が道路を安全に渡り、縁石７００に登って、交通の通路から抜け出すために、これらの全プロセスは、推定３０秒で完了され得る。該シーケンスについては、括弧内に記載される各動作における時間の推定値と併せて、以下でさらに詳細に説明する。図１２Ａに示すように、使用者は、縁石７００に接近して、縁石登りアプリケーションを起動する（０秒）。図１２Ｂに示すように、車椅子１０は、上述のように、駆動輪６０ａ，６０ｂ及び後輪キャスター４０ａ，４０ｂと動作的に接続された空気圧アクチュエータによって、最高位置（８インチ）まで上昇する（１秒）。図１２Ｃに示すように、車椅子１０は、駆動輪６０ａ，６０ｂが縁石７００と接触するまで縁石７００に接近する（４秒）。次に、車椅子１０は、図１２Ｄに示すように、アクチュエータ２２ａ，２２ｂによって前輪キャスター２０ａ，２０ｂを縁石７００上へと下降させる（６秒）。図１２Ｅに示すように、車椅子１０は前方に走行し、それと同時に駆動輪６０ａ，６０ｂを空気圧アクチュエータ６２ａ，６２ｂによって持ち上げる（１０秒）。車椅子１０は、図１２Ｆに示すように、駆動輪６０ａ，６０ｂが縁石７００の頂部に来るまで駆動輪６０ａ，６０ｂを持ち上げ続ける（１２秒）。車椅子１０は、図１２Ｇに示すように、前輪キャスター２０ａ，２０ｂもまた持ち上げつつ、後輪キャスター４０ａ，４０ｂが縁石７００に接触するまで前方に走行する（１５秒間）。図１２Ｈに示すように、車椅子１０は、前方に走行すると同時に、後輪キャスター４２ａ，４２ｂが縁石７００の頂部に来るまで後輪キャスター４０ａ，４０ｂを空気圧アクチュエータ４２ａ，４２ｂによって持ち上げる（１８秒）。図１２Ｉに示すように、車椅子１０は縁石７００を登り切り、使用者は通常の走行を再開するために縁石登りアプリケーションを終了させてもよい（２２秒）。
【００４２】
図１３Ａ〜図１３Ｊは、車椅子１０によって段差又は縁石を下りている状態を示す。図１３Ａでは、車椅子１０は、下りることになる縁石に接近し、使用者は、縁石登りアプリケーション又は機能を起動する。図１３Ｂでは、車椅子１０は、駆動輪及び後輪キャスター上のアクチュエータによって、その最も低い位置まで上昇する。図１３Ｃでは、車椅子１０は縁石に接近し、前輪キャスターは縁石の上に延びている。図１３Ｄでは、車椅子１０の前輪キャスターは、地面と接触するまで下降させられる。図１３Ｅは、図１３Ｄの位置から前方に駆動されると同時に、駆動輪に関連するアクチュエータによって該駆動輪を下降させている、車椅子１０の側面図を示す。図１３Ｆでは、駆動輪が地面に接触するまで／低い方の高さまで駆動輪がさらに下降させられている。図１３Ｇは、前方に駆動される車椅子１０の側面図を示し、ここで、駆動輪はそれらの最も前方の位置から最も後方の位置へと動かされる。これにより、フレームは、縁石の上部との接触が後輪キャスターによって維持されている間に、前方に向かう。図１３Ｈでは、車椅子１０は、後輪キャスターが縁石に接触しなくなるまで、図１３Ｇの位置から前方に駆動される。図１３Ｉでは、フレームが最低地上高まで下降させられて、６つの車輪の全てが地面と接触している。図１３Ｊは、駆動輪が最も前方の位置に動かされ、前輪キャスターが地面から持ち上げられている、車椅子１０の側面図を示す。これは、図１３Ａに示されているものと同じ構成である。
【００４３】
図１４Ａ〜図１７Ｃは、平坦でない地形上を進行している車椅子１０を示す。図１４Ａ〜図１４Ｃでは、車椅子１０は、屋外の構成にて平坦でない地形に接近しており、車椅子１０のフレームの地上高は約５インチである。図１５Ａ〜図１５Ｃでは、車椅子１０の左側の駆動輪は、平坦でない地形の外形を相殺する又は該外形に沿うように上方へと移動している。図１６Ａ〜図１６Ｃでは、車椅子１０は前方に移動し続けて、その右側の平坦でない地形に接近している。左の駆動輪は、左側の平坦でない地形を進行した後に元の位置に戻り、右の駆動輪と左の後輪キャスターは、平坦でない地形の外形を相殺する又は該外形に沿うように上方へと移動している。図１７Ａ〜図１７Ｃでは、右の後輪キャスターが平坦でない地形に接触すると、車椅子は前方に移動し続ける。右の後輪キャスターは、平坦でない地形を相殺するように上方へと移動し、右の駆動前輪と左の後輪キャスターとが元の位置に戻る。
【００４４】
図１８Ａから図１８Ｄは、車椅子１０の動作のクロールモード又は尺取りモードを示す。図１８Ａは、駆動輪が泥、砂、砂利、氷等の中で滑るために車椅子が動けない車椅子１０であって、駆動輪が最も前方の位置にある車椅子１０を示す。図１８Ｂは、前輪キャスターが地面に接触するまで延ばされると共に、両駆動輪がそれらの最も後方の位置に動かされる。その結果、フレームが前方に動かされる。図１８Ｃは、フレーム及び駆動輪を地面から持ち上げるように、前輪及び後輪キャスターが延ばされている様子を示す。図１８Ｄは、駆動輪が地面から持ち上げられている間に最も前方の位置に動かされる様子を示す。図１８Ｅは、フレーム及び駆動輪が図１８Ｄの位置から地面に接触するまで下降する様子を示す。図１８Ａ〜図１８Ｅの動作又はプロセスは、車椅子及びその使用者が動けるようになるまで繰り返されてもよい。
【００４５】
階段の上り下りプロセス、アルゴリズム又はルーチンの実施形態は、図１９Ａ〜図１９Ｏに関連して示される。図１９Ａは、後輪駆動又は後退位置において階段に接近している車椅子１０を示す。図１９Ｂでは、車椅子１０は、前輪キャスター２０ａ，２０ｂ及び駆動輪６０ａ，６０ｂを下方へと延ばして、それによりフレーム１００をその最も高い位置まで上昇させる。図１９Ｃでは、車椅子１０は、駆動輪６０ａ，６０ｂが第１の段に接触するまで後退する。図１９Ｄは、車椅子１９が前輪キャスター２０ａ，２０ｂを持ち上げると同時に、シートシステム２００を背後方向又は後方へと同時に傾斜させている様子を示す。図１９Ｅでは、車椅子１０は、駆動輪６０ａ，６０ｂを前方位置まで移動させ、フレーム１００の底部を第１段及び第２段上に寄り掛からせ、その間、前輪キャスター２０ａ，２０ｂは地面と接触し続けている。次に、車椅子１０は、図１９Ｆに示すように、駆動輪６０ａ，６０ｂを持ち上げる。続いて、車椅子１０は、図１９Ｇに示すように、駆動輪６０ａ，６０ｂを第１段上部にて動かす。続いて、図１９Ｈに示すように、車椅子１０は、駆動輪２０ａ，２０ｂを延ばして、それによりフレーム１００を持ち上げ、その間、前輪キャスター６０ａ，６０ｂは地面と接触し続けている。続いて、車椅子１０は、図１９Ｉに示すように、駆動輪６０ａ，６０ｂをその前方の位置に移動させ、フレーム１００の底部を第２段及び第３段上に寄り掛からせる。次に、車椅子１０は、図１９Ｊに示すように、駆動輪６０ａ，６０ｂを持ち上げ、駆動輪６０ａ，６０ｂを第２段上部にて動かす。続いて、車椅子１０は、駆動輪６０ａ，６０ｂを延ばして、それによりフレーム１００を持ち上げると同時に、後輪キャスターを階段頂上部に接触するまで延ばす（図１９Ｋ）。次に、車椅子１０は、駆動輪６０ａ，６０ｂを持ち上げ、その間に後輪キャスター４０ａ，４０ｂもまた持ち上げて、それによりフレーム１００を階段頂上部に接触させる（図１９Ｌ）。続いて、図１９Ｍに示すように、車椅子１０は、駆動輪６０ａ，６０ｂを最も高い位置まで持ち上げる。この位置から、車椅子１０は、駆動輪６０ａ，６０ｂを最も後方の位置へと動かし、その間、フレーム１００は、階段頂上部と接触し続けている。（図１９Ｎ）。その後、図１９Ｏに示すように、車椅子１００は、駆動輪６０ａ，６０ｂを最も前方の位置へと動かし、シートシステム２００を前方へと傾け、それにより階段登りプロセスを完了する。いくつかの実施形態では、下りプロセスは、例えば、上述の上りプロセスを逆行させたものであってもよい。
【００４６】
図２０Ａ〜図２０Ｃは、上り／登り及び／又は下り動作を容易にするために横揺れ防止又は停止機構が使用される、別の実施形態の車椅子１００’を示す。所定の状況では、上り／下りシーケンスの安全性を高めるため、例えば図１９Ｃ〜図１９Ｄに示すように、前輪キャスター／前輪２０ａ，２０が特定の位置（例えば、それらの最も低い位置）まで下降した際に、車椅子１００の動きに対して抵抗を与える又は該動きを止めることが望ましいことがある。前輪キャスター又は前輪２０ａ，２０ｂは、例えば、制動技術分野において既知の作動可能な制動機構を含んでいてもよい。図２０Ａ〜２０Ｃの実施形態では、枢動アーム２３ａ，２３ｂ（図２０Ａ〜２０Ｃの側面図には、枢動アーム２３ｂのみが示されている）は、延在する当接部／部材、停止部／部材又は足部／部材２３ａａ，２３ｂｂを含んでいる。当接部材２３ａａ，２３ｂｂは、前輪キャスター２０ａ，２０ｂの半径範囲を超えて延在している。前輪キャスター２０ａ，２０ｂが上昇位置（例えば、図２０Ａ参照）にある間、当接部材２３ａａ，２３ｂｂは、例えば、車椅子１００が前輪駆動動作モードにある際には、転倒防止部材として作用してもよい。当接部材２３ａａ，２３ｂｂは、例えば、車椅子１００の重心があまりにも前方へと動いた場合に、車椅子１００が前方に転倒することを防止してもよい。前輪キャスター２０ａ，２０ｂが回転位置（例えば、図２０Ｂ参照）にある際には、前輪キャスター２０ａ，２０ｂは典型的な前輪キャスターとして動作し、それにより車椅子１００が動けるようになる。この構成は、例えば、車椅子が中／後輪駆動運転モードにある場合に使用されてもよく、階段及び／又は縁石の上り又は下りシーケンス中に使用されてもよい。前輪キャスター２０ａ，２０ｂが下方位置又は停止位置（図２０Ｃ）にある際には、当接部材２３ａａ，２３ｂｂは、車椅子１００が位置している地形／面と接触／当接することによって「停止具」又は「足」として作用し、車椅子１００の前方／後方への動きに対する抵抗を与える又は該動きを防止する。この構成は、例えば、階段上り下りシーケンスの間に使用されてもよい。
【００４７】
濡れた面、氷で覆われた面又は雪が積もった面のような表面の状態により、ＥＰＷでは駆動輪の１つが滑る（牽引力を失う）ことがあり、その結果、ＥＰＷがコースから外れることになる。このようにしてコースから外れると、使用者は、所望の経路又は歩道から外れてしまう可能性があり、それにより車椅子から転倒又は転落して、結果的に重傷を負うことがある。この問題に対処するために、車椅子１０の牽引力制御特性又は機能は、駆動輪６０ａ，６０ｂの任意の滑りを感知して滑っている車輪の速度を自動的に下げ、それにより使用者が所望の移動経路を維持するようにして、動けなくなる及び／又は転倒する危険性を低下させる。さらに、車椅子１０の前輪キャスター２０ａ，２０ｂ、後輪キャスター４０ａ，４０ｂ及び／又は駆動輪６０ａ，６０ｂの重量分布は、活動性及び地形に応じて牽引力及び運転性能を最大にするように調整／最適化され得る。車椅子１０の前輪キャスター２０ａ，２０ｂ、後輪キャスター４０ａ，４０ｂ及び駆動輪６０ａ，６０ｂは、フィードバック制御により独立して動かされ得ることから、シートシステム２００に対する衝撃、振動及び位置ずれ、またそれによる使用者に対する衝撃、振動及び位置ずれを最小限にするために、地面に沿うサスペンション及びアクティブサスペンションについて使用され得る。
【００４８】
いくつかの実施形態では、牽引力制御は、（１つ又は複数の）駆動輪６０ａ及び／又は６０ｂの角加速度を（例えば、エンコーダを使用して）検知し、該角加速度を、基準コントローラから予期される角加速度又は車輪キャスターの角加速度と比較することによって達成される。（１つ又は複数の）駆動輪６０ａ及び／又は６０ｂの角加速度が所望の角加速度（キャスター又は基準コントローラのいずれかから測定される）より高い閾値を超える場合には、角速度、加速度又はトルクが低減され得る。このような低減が十分でなければ、駆動輪６０ａ及び／又は６０ｂに対する地面反力は、使用者及び車椅子１０の重心を再配置することによって、増加又は最大化される。車椅子１０の重心は、例えば、シートシステム２００を傾けること、駆動輪６０ａ及び／若しくは６０ｂを前方若しくは後方に動かすこと、又は、１つ以上の車輪／キャスターの垂直位置を変更することによって、調整されてもよい。各車輪又はキャスターにおける地面力は、車椅子１０の重心制御を支援するために測定されてもよい。
【００４９】
上述のように、重量分布制御及び牽引力の最適化等は、例えば、少なくとも部分的に、各車輪における地面反力及びアクチュエータ位置を感知すると共に、人／車椅子システム２００の位置及び向きを調節し、それによって所望の目的を達成してもよい。例えば、堅いが滑りやすい表面（例えば、氷）上では、重量は、駆動輪にわたって最大化されてもよい。しかしながら、不安定な表面（例えば、砂や砂利）上では、重量は、６つの車輪全てにわたって均等に分配されてもよい。より複雑な状況では、車輪が障害物（例えば、石又は隆起）、柔らかいスポット又は穴（例えば、窪み穴）に遭遇した際には、地面反力及びアクチュエータ位置の組み合わせを使用して、それにより重量分布をシフトさせることができる。カメラ、レーザー、又はレーザー検出若しくは測距（ＬＡＤＡＲ）、あるいは他のセンサは、安全でない状況になる前に予測及び対応をするために使用され得る。
【００５０】
車椅子１０の独立して制御される前輪キャスター２０ａ，２０ｂ、後輪キャスター４０ａ，４０ｂ及び駆動輪６０ａ，６０ｂにより、車椅子１０の地上高が調整可能であってもよい。屋内使用については、例えば、車椅子１０がより低い地上高にある通常のオフィスデスクの下で走行できるように地上高が調整され得る。屋外を進行する際には、荒い地形や障害物上を走行するために、より高い地上高が使用され得る。
【００５１】
車椅子１０はまた、圧迫潰瘍を防止するために側圧逃がしを行う機能を提供して、使用者の快適性を向上させてもよい。これに関し、車椅子１０の左右の高さは、車椅子１０の前輪キャスター２０ａ，２０ｂ、後輪キャスター車４０ａ，４０ｂ及び駆動輪６０ａ，６０ｂの垂直位置を調整することにより、上述のように調節可能であってもよい。車椅子１０の前輪キャスター２０ａ，２０ｂ、後輪キャスター４０ａ，４０ｂ及び駆動輪６０ａ，６０ｂは、例えば、側圧を生じさせるシートシステム２００の向きを定期的に変更するように調整されてもよい。
【００５２】
車椅子１０の高度なアプリケーション又は機能は、独立して及び／又は併せて、車椅子１０の使用者が多くの障害及び懸念される状況を克服できるようにする。濡れた草、雪、氷又は雨のような表面上で滑ることについては、例えば、泥、柔らかい砂又は砂利の中で動けなくなることを防ぐために使用可能な牽引力制御アプリケーションによって対処される。さらに、選択可能な駆動輪の位置決めは、使用者が動けなくなった場合に、それらが牽引力を回復するために駆動輪６０ａ，６０ｂを再配置させることによって、用いられてもよい。さらに、安定性を失うこと及び転倒することについての重要な懸念は、使用者が上り、下り又は横断して走行する平坦でない地形又は勾配に基づいてシートシステム２００及び車椅子１０の重心を自動的に調整する自己水平化アプリケーション又は機能によって対処される。縁石登りアプリケーション又は機能は、車椅子１０の安定性及び使用者の安全性を保つように自動的に実行される一連のステップを通じて高い縁石を上る又は該縁石から下りる際に転倒する懸念にさらに対処する。車椅子１０の高度なアプリケーション及び機能の開発は、例えば屋外環境において、ＥＰＷ使用者が遭遇する危険な運転状況及び懸念に対処する。車椅子１０を使用することは、使用者に安全感、独立感及び生活の質の向上を提供する。
【００５３】
本発明の車椅子１０のような車椅子の場合には、重力及び／又はシートの高さに対する静的なシートの向きの制御は、上述のような車椅子１０の前輪キャスター２０ａ，２０ｂ、後輪キャスター４０ａ，４０ｂ及び駆動輪６０ａ，６０ｂの垂直方向の制御を介したメインフレーム部品１００の向き及び高さの調節によって達成され得る。本発明の車椅子において、メインフレーム部品１００の向きによる静的なシートの向きの制御は、シート機能アクチュエータ２６０による静的なシートの向きの制御に加えて又は該制御に代えて行われ得る。後方の傾き（シートのベースの角度）は、前輪キャスター２０ａ，２０ｂ及び後輪キャスター４０ａ，４０ｂに対する駆動輪６０ａ，６０ｂの相対的な高さを使用することによって制御され得る。前輪駆動モードでは、駆動輪６０ａ，６０ｂが後輪キャスター４０ａ，４０ｂに対して上昇し、後輪駆動モードでは、前輪キャスター２０ａ，２０ｂが駆動輪６０ａ，６０ｂよりも高く上昇している。前方の傾きの場合には、車輪の高さは逆になる。さらに、起立移動及び枢動移動のような移動を支援するため、該ベースは、本発明の前輪／後輪キャスターと駆動輪との動きの組み合わせを用いて、前方に上昇及び傾くシーケンスを操作してもよい。
【００５４】
シートの上昇は、目線の高さで会話を行う、移動を容易にする又はより高い領域に届かせる等のために行われるが、これは本発明の車椅子の駆動輪及びキャスターを上昇させることによって達成され得る。シートの横方向の傾きは、体位の変形への対応又は痛みの緩和のために使用されることがある。横方向の傾きは、左側及び右側の車輪の高さを互いに対して変更することにより達成され得る。
【００５５】
いくつかの実施形態では、車椅子１０及び本発明の他の車椅子のシート２２０は、メインフレーム部品１００に固定されていてもよい（すなわち、メインフレーム部品１００に対して動かせなくてもよい）。従来の動力シート機能における少なくともいくつかの機能は、拡張された移動性と共に、上述のようにして達成されてもよい。この点に関し、メインフレーム部品１００は、シート２２０を前後に傾けるため、シート２２０を横方向に傾けるため及びシート２２０の高さを調節するために使用されてもよい。そのような実施形態では、アクチュエータシステム２０６における１つ以上のアクチュエータは、バックレスト２１０のリクライニング角度を制御するためにバックレスト２１０と動作的に接続されていると共に、レッグレスト２４０の位置を制御するためにレッグレスト２４０と動作的に接続されている。ある程度の動力シート機能をメインフレーム部品１００に移動させると、例えば、シートがメインフレーム部品に移動可能に取り付けられている動力式着座機能を有する現在において利用可能な車椅子のいくつかと比較して複雑さが下がると共に重量が低減された車椅子になる。そのような車椅子では、シートは、アクチュエータを介してメインフレーム部品又はベースに移動可能に取付けられており、それによって、前方／後方の傾きの調節、横方向の傾きの調節及びシートの高さの調節が達成される。本発明の車椅子の他の実施形態では、シートは、アクチュエータを介してメインフレーム部品又はベースに移動可能に取付けられおり、それによって、前方／後方の傾きの調節、横方向の傾きの調節及びシートの高さの調節が達成されると共に、メインフレーム部品１００の向き及び／又は高さの調節によって提供される調節能力が該シートに付加される。前輪キャスター２０ａ，２０ｂ、後輪キャスター４０ａ，４０ｂ及び駆動輪６０ａ，６０ｂを調整することによるメインフレーム部品１００の向き及び／又は高さの調整に加えて典型的な動力シート機能を提供することは、上述のような階段の上り／下りのような所定の状況において有益であり得る。
【００５６】
自己水平化アルゴリズム
上述したように、アルゴリズムの実施形態は、本発明の車椅子のシートを、車椅子が遭遇し得る勾配上にて維持するために開発されたものである。アルゴリズムは、ピッチ及びロール限界内にフレームを保つために、例えば空気圧アクチュエータ及び枢動連結部を用いて、４つ（又はそれ以上）の独立して移動可能な車輪の動きを制御する。
車椅子使用者の安全性及び独立性を増進するために、本発明の車椅子は、例えば斜面及び横断勾配を縦走する、縁石を登る、階段を登る及び牽引力制御する際に、自己水平化機能を実行してもよい。
【００５７】
２つの駆動輪６０ａ，６０ｂ及び２つの後輪キャスター４０ａ又は４０ｂは、例えば、上述のように駆動輪６０ａ，６０ｂ及び後輪キャスター４０ａ又は４０ｂを独立して上り下りさせることを可能にする複動アクチュエータ（それぞれ、６２ａ，６２ｂ及び４２ａ，４２ｂ）によって動かされる枢動結合部又は結合アームに取り付けられてもよい。また上述のように、センサシステム３７０は、例えば加速度計と方位を測定するジャイロスコープとを組み込んでいる慣性測定ユニット（ＩＭＵ）と、空気圧アクチュエータの場合において各空気圧シリンダーのストローク延長部分を測定する位置センサとを含んでいてもよい。
【００５８】
関連するアクチュエータの変位から車輪の位置を知るために、各車輪の機械系についての幾何学モデルを作成した。駆動輪６０ａ，６０ｂ及び後輪キャスター／車輪４０ａ，４０ｂについては、関連するアクチュエータの動きによって、各車輪が取付けられているアームの角度が車椅子フレーム上の基準線に対して変化することがわかる。
【００５９】
図２１を参照すると、駆動輪アーム６３ｂとアーム６３ｂが枢動する点から水平に延びる線との間の角度ｄｗａは、アクチュエータ６２ｂの変位から一連の三角法の関係を通じて計算され得る。主枢動点（ｍｘ，ｍｚ）に対する駆動輪６０ｂが地面と接触する位置（ｄｗｘ，ｄｗｚ）（ここで、ｍａは（枢動点と駆動輪６０ｂの軸との間における）駆動輪腕６３ｂの長さである）は、単に以下のように与えられる。
（ｄｗｘ，ｄｗｚ）＝（ｍｘ＋ｍａ＊ｃｏｓ ｄｗａ，ｍｚ−ｍａ＊ｓｉｎ ｄｗａ）
各後輪キャスターの位置は、同様の方法でアクチュエータのストロークに関連付けられ得る。
【００６０】
多くの実施形態では、自己水平化が初期化される際に、４つのアクチュエータ（左前、右前、左後ろ、右後ろ）が車椅子の地上高の中間点に設定される。駆動輪６０ａ，６０ｂ及び後輪キャスター４０ａ，４０ｂについての最小及び最大の地上高は同じでないため、中間点は最小値の大きい方及び最大値の小さい方から計算されてもよい。この地上高は、自己水平化アルゴリズムのためにｚ軸上で０として定義されてもよい。
【００６１】
ｘ軸における車輪の位置が計算され得ると共に、０は、この中間地上高において駆動輪と後輪キャスターとの中間点として定義され得る。ｙ軸の車輪の位置はアクチュエータの位置によって変化せず、この軸に沿ったゼロ位置は車椅子の中心線に対応する。
【００６２】
行列ｃｕｒｒｅｎｔＭは、上記の座標系における各車輪の座標を与える。変換行列との適合性のために、ｃｕｒｒｅｎｔＭ行列は４ｘ４に展開され、以下のように最後の行は１で占められる。
【数１】
2018528037.tif 000003
【００６３】
変換行列は、ＩＭＵセンサから測定されたピッチφ（ファイ）とロールθ（シータ）の入力を取って、それにより現在の車輪位置において回転を実行する。変換行列はまた、新たな車輪位置をフレームの底部に対して参照させる変換（中間地上高ｍｉｄｚの減算）を実行する。
【数２】
2018528037.tif 000004
【００６４】
回転行列とｃｕｒｒｅｎｔＭとの積によって、フレームレベルを保持するために望まれる車輪位置が得られる。フレームの底面に対する各車輪の垂直位置であるＺ値は、線形化された方程式に与えられ、それによって各アクチュエータにおける対応する変位が得られる。これらの位置は、続いて、より低レベルの制御システムへと伝達され、それによって空気圧アクチュエータを動かす。
【００６５】
各アクチュエータの現在の位置及び幾何モデルに基づいて、各車輪の実際の位置は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸内にて計算され得る。車椅子の任意の３つの車輪によって決定される平面のピッチ及びロール角は、それらの車輪のうち任意の１つから他の２つまでのベクトルの外積（例えば、左後輪キャスターから右駆動輪までのベクトルと、左後輪キャスターから左駆動輪までのベクトルとの外積）を取ることによって計算され得る。
【００６６】
幾何学モデルの現在の位置はまた、車輪位置行列ｃｕｒｒｅｎｔＭを更新するためにも使用される。しかしながら、各車輪のＺ値を元の座標系に戻すには、中間地上高を各車輪のＺ値に加える必要がある。
【００６７】
車椅子シートが所望の位置に達した際に、ＩＭＵセンサはピッチ方向とロール方向の両方でゼロを読み取る。水平度における任意のずれ（モデルの線形化における誤差、Ｘ方向における車輪の動きを考慮しない変換行列によって生じる誤差、又は、車椅子が遭遇する勾配における変化のいずれに起因しようとも）は、ＩＭＵセンサにゼロでない値を登録させることになる。この値が所定の閾値よりも大きい場合には、自己水平化アルゴリズムは、ピッチ及びロールの両方がそれぞれの閾値を下回るまで反復されることになる。車輪位置行列ｃｕｒｒｅｎｔＭは、機械的連結部における幾何学的形状の結果として生じる車輪のＸ位置の変化を含むため、これらのＸ方向の変化は、他に考慮されない限り、ゆっくりと変化する角度にわたり自己水平化性能には影響を及ぼさないとされる。
【００６８】
前述の説明及び添付の図面は、現時点におけるいくつかの代表的な実施形態を提示している。当然ながら、様々な修正、追加及び代替設計は、前述の教示に照らして、添付の特許請求の範囲によって示される本発明の範囲から逸脱することなく、当業者にとって明らかになるであろう。このことは、前述の説明ではなく、以下の特許請求の範囲によって示唆されている。特許請求の範囲と均等である意味及び範囲内に属する全ての変更及び変形は、それらの範囲内に包含されることになる。
【図１Ａ】
2018528037.tif 000005
【図１Ｂ】
2018528037.tif 000006
【図１Ｃ】
2018528037.tif 000007
【図１Ｄ】
2018528037.tif 000008
【図１Ｅ】
2018528037.tif 000009
【図１Ｆ】
2018528037.tif 000010
【図１Ｇ】
2018528037.tif 000011
【図２Ａ】
2018528037.tif 000012
【図２Ｂ】
2018528037.tif 000013
【図２Ｃ】
2018528037.tif 000014
【図２Ｄ】
2018528037.tif 000015
【図２Ｅ】
2018528037.tif 000016
【図２Ｆ】
2018528037.tif 000017
【図３】
2018528037.tif 000018
【図４】
2018528037.tif 000019
【図５】
2018528037.tif 000020
【図６Ａ】
2018528037.tif 000021
【図６Ｂ】
2018528037.tif 000022
【図７】
2018528037.tif 000023
【図８Ａ】
2018528037.tif 000024
【図８Ｂ】
2018528037.tif 000025
【図８Ｃ】
2018528037.tif 000026
【図８Ｄ】
2018528037.tif 000027
【図８Ｅ】
2018528037.tif 000028
【図８Ｆ】
2018528037.tif 000029
【図９】
2018528037.tif 000030
【図１０】
2018528037.tif 000031
【図１１】
2018528037.tif 000032
【図１２Ａ】
2018528037.tif 000033
【図１２Ｂ】
2018528037.tif 000034
【図１２Ｃ】
2018528037.tif 000035
【図１２Ｄ】
2018528037.tif 000036
【図１２Ｅ】
2018528037.tif 000037
【図１２Ｆ】
2018528037.tif 000038
【図１２Ｇ】
2018528037.tif 000039
【図１２Ｈ】
2018528037.tif 000040
【図１２Ｉ】
2018528037.tif 000041
【図１３Ａ】
2018528037.tif 000042
【図１３Ｂ】
2018528037.tif 000043
【図１３Ｃ】
2018528037.tif 000044
【図１３Ｄ】
2018528037.tif 000045
【図１３Ｅ】
2018528037.tif 000046
【図１３Ｆ】
2018528037.tif 000047
【図１３Ｇ】
2018528037.tif 000048
【図１３Ｈ】
2018528037.tif 000049
【図１３Ｉ】
2018528037.tif 000050
【図１３Ｊ】
2018528037.tif 000051
【図１４Ａ】
2018528037.tif 000052
【図１４Ｂ】
2018528037.tif 000053
【図１４Ｃ】
2018528037.tif 000054
【図１５Ａ】
2018528037.tif 000055
【図１５Ｂ】
2018528037.tif 000056
【図１５Ｃ】
2018528037.tif 000057
【図１６Ａ】
2018528037.tif 000058
【図１６Ｂ】
2018528037.tif 000059
【図１６Ｃ】
2018528037.tif 000060
【図１７Ａ】
2018528037.tif 000061
【図１７Ｂ】
2018528037.tif 000062
【図１７Ｃ】
2018528037.tif 000063
【図１８Ａ】
2018528037.tif 000064
【図１８Ｂ】
2018528037.tif 000065
【図１８Ｃ】
2018528037.tif 000066
【図１８Ｄ】
2018528037.tif 000067
【図１８Ｅ】
2018528037.tif 000068
【図１９Ａ】
2018528037.tif 000069
【図１９Ｂ】
2018528037.tif 000070
【図１９Ｃ】
2018528037.tif 000071
【図１９Ｄ】
2018528037.tif 000072
【図１９Ｅ】
2018528037.tif 000073
【図１９Ｆ】
2018528037.tif 000074
【図１９Ｇ】
2018528037.tif 000075
【図１９Ｈ】
2018528037.tif 000076
【図１９Ｉ】
2018528037.tif 000077
【図１９Ｊ】
2018528037.tif 000078
【図１９Ｋ】
2018528037.tif 000079
【図１９Ｌ】
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【図１９Ｍ】
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【図１９Ｎ】
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【図１９Ｏ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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