(57)【要約】【課題】  簡単な操作で直進・旋回動作を行うことができる歩行補助装置を提供する。【解決手段】  歩行補助装置１は、ハンドル部を有するフレーム体の左右両側に設けられた４つの車輪をそれぞれ回転駆動させるインホイールモータ４Ａ〜４Ｄと、歩行者がハンドル部を握っているかどうかを検出するタッチセンサ１０と、コントローラ１１とを備えている。コントローラ１１は、インホイールモータ４Ａ〜４Ｄに生じる逆起電力を検出し、この逆起電力に基づいて各車輪の車輪速指令値を求め、その車輪速指令値に応じて各車輪を駆動させるようにインホイールモータ４Ａ〜４Ｄを制御する。また、コントローラ１１は、タッチセンサ１０の検出信号に基づいて歩行者がハンドル部を握っていないと判断すると、各車輪を制動させるようにインホイールモータ４Ａ〜４Ｄを制御する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
歩行者が握るハンドル部を有するフレーム体と、
前記フレーム体の左右両側に設けられた複数の車輪と、
前記各車輪をそれぞれ回転駆動させる複数の駆動モータと、
前記駆動モータに生じる逆起電力を検出し、前記逆起電力に基づいて前記駆動モータを制御する制御手段とを備えることを特徴とする歩行補助装置。
【請求項２】
前記制御手段は、旋回動作が開始された場合に、旋回外輪側の車輪と旋回内輪側の車輪との車輪速差に応じて前記旋回外輪側の車輪を減速させると共に前記車輪速差に応じて前記旋回内輪側の車輪を増速させるように、前記駆動モータを制御することを特徴とする請求項１記載の歩行補助装置。
【請求項３】
前記歩行者が前記ハンドル部を握っているかどうかを検出する検出手段を更に備え、
前記制御手段は、前記検出手段により前記歩行者が前記ハンドル部を握っていることが検出されないときに、前記車輪を制動させるように前記駆動モータを制御することを特徴とする請求項１または２記載の歩行補助装置。
【請求項４】
前記複数の車輪は、前記フレーム体の前側及び後側にそれぞれ取り付けられており、
前記制御手段は、前側の車輪を回転駆動させる前記駆動モータに生じる逆起電力と後側の車輪を回転駆動させる前記駆動モータに生じる逆起電力との差分が所定値よりも大きいかどうかを判断し、前記差分が前記所定値よりも大きいときは、前記車輪を制動させるように前記駆動モータを制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の歩行補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動モータにより車輪を回転させる手押し車型の歩行補助装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来における手押し車型の歩行補助装置としては、例えば特許文献１に記載されているように、歩行者によりハンドル部に加えられる力を検出する左右１対の力検出器を設け、各力検出器に生じる力応答差に応じて、曲がる方向と反対側の駆動輪の速度を増すように駆動機構を制御することで、歩行者の曲がりたい方向に旋回させるようにしたものが知られている。
【特許文献１】特許第３１５６３６７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術においては、歩行者の進みたい方向に歩行補助装置が進むようにハンドル部の左右両側に加える力をコントロールすることは、高齢者にとっては操作が複雑で困難であるという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、簡単な操作で直進・旋回動作を行うことができる歩行補助装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の歩行補助装置は、歩行者が握るハンドル部を有するフレーム体と、フレーム体の左右両側に設けられた複数の車輪と、各車輪をそれぞれ回転駆動させる複数の駆動モータと、駆動モータに生じる逆起電力を検出し、逆起電力に基づいて駆動モータを制御する制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００６】
このような本発明においては、歩行者がハンドル部を押すことで車輪にトルクがかかると、駆動モータに逆起電力が発生し、この逆起電力が制御手段により検出され、当該逆起電力に基づいて駆動モータが制御されるようになる。例えば右側の車輪にトルクがかかると、右側の車輪を回転駆動させる駆動モータに逆起電力が発生するため、右側の車輪が増速するように駆動モータを制御し、結果的に歩行補助装置が左に旋回するようになる。このように駆動モータに逆起電力が生じることにより歩行補助装置の操作が行われたと判断し、その逆起電力に基づいて駆動モータを制御することにより、歩行者はハンドル部の左右両側に加える力を細かく調節しなくて済む。これにより、簡単な操作で歩行補助装置を直進・旋回させることができる。また、ハンドル部の左右両側に加えられる力を検出する力検出器が不要となるため、歩行補助装置にかかる費用を削減することができる。
【０００７】
好ましくは、制御手段は、旋回動作が開始された場合に、旋回外輪側の車輪と旋回内輪側の車輪との車輪速差に応じて旋回外輪側の車輪を減速させると共に車輪速差に応じて旋回内輪側の車輪を増速させるように、駆動モータを制御する。
【０００８】
歩行補助装置を旋回させる際に、旋回外輪側の車輪のみを増速させると、歩行補助装置が旋回し続けてしまう。そこで、歩行補助装置の旋回動作が開始された場合には、左右の車輪速差に応じて旋回外輪側の車輪を減速させると共に左右の車輪速差に応じて旋回内輪側の車輪を増速させるようにすることで、歩行補助装置が旋回し続けることが防止され、歩行補助装置の直進性が良くなる。
【０００９】
また、好ましくは、歩行者がハンドル部を握っているかどうかを検出する検出手段を更に備え、制御手段は、検出手段により歩行者がハンドル部を握っていることが検出されないときに、車輪を制動させるように駆動モータを制御する。
【００１０】
この場合には、歩行補助装置の走行中に歩行者がハンドル部から手を放すと、歩行補助装置が強制的に停止するようになる。また、坂道において歩行者がハンドル部から手を放しても、各車輪が制動したままの状態となるため、駆動モータに生じる逆起電力によって歩行補助装置が動き出すことが防止される。
【００１１】
さらに、好ましくは、複数の車輪は、フレーム体の前側及び後側にそれぞれ取り付けられており、制御手段は、前側の車輪を回転駆動させる駆動モータに生じる逆起電力と後側の車輪を回転駆動させる駆動モータに生じる逆起電力との差分が所定値よりも大きいかどうかを判断し、差分が所定値よりも大きいときは、車輪を制動させるように駆動モータを制御する。
【００１２】
例えば歩行補助装置が段差や穴部を通過すると、前側の車輪にかかるトルクと後側の車輪にかかるトルクとの差が増大する。そこで、前側の車輪を回転駆動させる駆動モータに生じる逆起電力と後側の車輪を回転駆動させる駆動モータに生じる逆起電力との差分が所定値よりも大きいときは、車輪を制動させるようにすることで、歩行補助装置が段差等を通るときに歩行補助装置を停止させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の歩行補助装置によれば、簡単な操作で直進・旋回動作を行うことができる。これにより、特に高齢の歩行者の負担を軽減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係わる歩行補助装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係わる歩行補助装置の一実施形態の外観を示す斜視図であり、図２は、図１に示した歩行補助装置の側面図である。各図において、本実施形態の歩行補助装置１は、歩行者の歩行を補助する電動手押し車である。
【００１６】
歩行補助装置１は、フレーム体２と、このフレーム体２の左右両側に設けられた車輪３Ａ〜３Ｄと、各車輪３Ａ〜３Ｄのホイール内側に取り付けられ、各車輪３Ａ〜３Ｄをそれぞれ独立に回転駆動させる電動式インホイールモータ４Ａ〜４Ｄ（図３参照）と、フレーム体２に取り付けられ、荷物を収容するための荷室を兼ね備えた電源ユニット５とを備えている。
【００１７】
フレーム体２は、歩行者が握るハンドル部６と、ハンドル部６の両端から前側斜め下方にそれぞれ延びる１対のメインフレーム７と、各メインフレーム７の略中央部から後側斜め下方にそれぞれ延びる１対のサブフレーム８と、各メインフレーム７に対して各サブフレーム８を回動（開閉）自在にそれぞれ連結する１対のジョイント部９とを有している。
【００１８】
各メインフレーム７の下端部には、車輪（前輪）３Ａ，３Ｂをそれぞれ回転駆動させるインホイールモータ４Ａ，４Ｂ（図３参照）が取り付けられている。各サブフレーム８の下端部には、車輪（後輪）３Ｃ，３Ｄをそれぞれ回転駆動させるインホイールモータ４Ｃ，４Ｄ（図３参照）が取り付けられている。
【００１９】
ジョイント部９には、サブフレーム８をメインフレーム７に対して回動させる電動モータ（図示せず）が設けられている。また、ジョイント部９には、上記の電源ユニット５が吊り下げられている。
【００２０】
また、歩行補助装置１は、図３に示すように、タッチセンサ１０と、インホイールモータ４Ａ〜４Ｄ及びタッチセンサ１０とそれぞれ接続されたコントローラ１１とを更に備えている。タッチセンサ１０は、ハンドル部６に設けられ、歩行者がハンドル部６を握っているかどうかを検出する。
【００２１】
コントローラ１１は、インホイールモータ４Ａ〜４Ｄに生じる逆起電力を検出すると共に、タッチセンサ１０の検出信号を入力し、所定の処理を行い、インホイールモータ４Ａ〜４Ｄを制御する。なお、コントローラ１１は、ハンドル部６に内蔵されていても良いし、電源ユニット５に設けられていても良い。
【００２２】
図４は、コントローラ１１により実行されるモータ制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。なお、本処理は、歩行補助装置１の停止時及び走行時の何れにおいても実行される。
【００２３】
同図において、まずインホイールモータ４Ａ〜４Ｄに逆起電力が発生したかどうかを判断する（手順Ｓ１０１）。インホイールモータ４Ａ〜４Ｄに逆起電力が発生したときは、下記式により車輪３Ａ〜３Ｂの回転速度Ｖを求め、この回転速度Ｖをインホイールモータ４Ａ〜４Ｄに与える車輪速指令値とする（手順Ｓ１０２）。
【数１】
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但し、Ｅはインホイールモータ４Ａ〜４Ｄに生じる逆起電力（電圧）であり、Ａは定数である。
【００２４】
具体的には、車輪３Ａ〜３Ｄにトルクが発生することで、インホイールモータ４Ａ〜４Ｄに例えば図５（ａ）に示すような逆起電力（電圧）が生じると、図５（ｂ）に示すように車輪３Ａ〜３Ｄを増速させるような車輪速指令値を求める。
【００２５】
そして、手順Ｓ１０２で得られた車輪速指令値に従って車輪３Ａ〜３Ｄを回転駆動させるようにインホイールモータ４Ａ〜４Ｄを制御する（手順Ｓ１０３）。
【００２６】
このとき、車輪３Ａ〜３Ｄにかかるトルクが同等の場合には、インホイールモータ４Ａ〜４Ｄに生じる逆起電力が同等となるため、インホイールモータ４Ａ〜４Ｄに与える車輪３Ａ〜３Ｄの車輪速指令値が同等となり、歩行補助装置１が直進するようになる。
【００２７】
また、例えば右側の車輪３Ｂ，３Ｄが強く押されると、インホイールモータ４Ｂ，４Ｄに生じる逆起電力がインホイールモータ４Ａ，４Ｃに生じる逆起電力に比べて高くなるため、右側の車輪３Ｂ，３Ｄを増速させるような車輪速指令値が得られ、その結果として歩行補助装置１が左旋回するようになる。ただし、車輪３Ａ〜３Ｄの回転速度が一定のままでは、歩行補助装置１が旋回し続けるため、歩行補助装置１の直進性が悪化してしまう。
【００２８】
このため、手順Ｓ１０２においては、右側の車輪３Ｂ，３Ｄに対応するインホイールモータ４Ｂ，４Ｄに生じる逆起電力と左側の車輪３Ａ，３Ｃに対応するインホイールモータ４Ａ，４Ｃに生じる逆起電力との差が所定値よりも大きいときには、旋回操作されたものと判断し、下記式により車輪３Ａ〜３Ｄの速度変化率を求め、この速度変化率を考慮して上記の車輪３Ａ〜３Ｂの回転速度（車輪速指令値）Ｖを求めるようにする。
【００２９】
旋回外輪の速度変化率ΔＶout＝−Ｂ×（旋回外輪の回転速度−旋回内輪の回転速度）    旋回内輪の速度変化率ΔＶin＝Ｂ×（旋回外輪の回転速度−旋回内輪の回転速度）
但し、Ｂは定数である。
【００３０】
具体的には、図６に示すように、旋回外輪の回転速度が十分立ち上がった時点ｔから、旋回外輪（図中Ｐ参照）が上記の速度変化率ΔＶoutに従って減速すると共に旋回内輪（図中Ｑ参照）が上記の速度変化率ΔＶinに従って増速し、最終的に旋回外輪及び旋回内輪の回転速度が同等になるような車輪速指令値を求める。
【００３１】
これにより、例えば右側の車輪３Ｂ，３Ｄが強く押されることで、右側の車輪３Ｂ，３Ｄが増速されると、歩行補助装置１が左旋回し始めるが、その旋回途中から、旋回外輪である右側の車輪３Ｂ，３Ｄが左右車輪速差（旋回外輪の回転速度−旋回内輪の回転速度）に比例して減速し、旋回内輪である左側の車輪３Ａ，３Ｃが左右車輪速差に比例して増速し、最終的に車輪３Ａ〜３Ｄの回転速度が等しくなる。その結果、歩行補助装置１がスムーズに直進動作するようになる。
【００３２】
続いて、タッチセンサ１０の検出信号に基づいて、歩行者がハンドル部６を握っているかどうかを判断する（手順Ｓ１０４）。歩行者がハンドル部６を握っていないと判断されたときは、車輪３Ａ〜３Ｄを制動させるようにインホイールモータ４Ａ〜４Ｄを制御する（手順Ｓ１０５）。
【００３３】
これにより、歩行者がハンドル部６から手を放したときには、歩行補助装置１が走行中であっても強制的に速やかに停止することになる。このとき、歩行補助装置１が急停止しないように車輪３Ａ〜３Ｄを制動させるのが望ましい。また、歩行者がハンドル部６から手を放した状態では、坂道でも車輪３Ａ〜３Ｄが制動したままとなるため、インホイールモータ４Ａ〜４Ｄに生じる逆起電力により車輪３Ａ〜３Ｄが回転駆動されて歩行補助装置１が坂道を下がっていくという不具合が起きることは無い。
【００３４】
一方、手順Ｓ１０４で歩行者がハンドル部６を握っていると判断されたときは、引き続いて前輪３Ａ，３Ｂに対応するインホイールモータ４Ａ，４Ｂに生じる逆起電力と後輪３Ｃ，３Ｄに対応するインホイールモータ４Ｃ，４Ｄに生じる逆起電力との差分の絶対値が予め設定された閾値以下であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０６）。インホイールモータ４Ａ，４Ｂに生じる逆起電力とインホイールモータ４Ｃ，４Ｄに生じる逆起電力との差分の絶対値が閾値よりも大きいと判断されたときは、車輪３Ａ〜３Ｄを制動させるようにインホイールモータ４Ａ〜４Ｄを制御する（手順Ｓ１０５）。
【００３５】
歩行補助装置１の前進動作時に、例えば図７に示すように、歩行補助装置１が前方に向かって低くなるような段差Ｘを通ると、前輪３Ａ，３Ｂが後輪３Ｃ，３Ｄよりも先に下がることになる。このとき、前輪３Ａ，３Ｂにかかるトルクが後輪３Ｃ，３Ｄにかかるトルクよりも大きくなるため、図８に示すように、前輪３Ａ，３Ｂに対応するインホイールモータ４Ａ，４Ｂに生じる逆起電力（図中Ｒ参照）の絶対値が後輪３Ｃ，３Ｄに対応するインホイールモータ４Ｃ，４Ｄに生じる逆起電力（図中Ｓ参照）の絶対値よりも大きくなる。
【００３６】
この場合には、インホイールモータ４Ａ〜４Ｄにより車輪３Ａ〜３Ｄが制動し、歩行補助装置１が直ちに停止するようになるため、前輪３Ａ，３Ｂが段差Ｘに入り込んで落ちることが防止される。その結果、歩行者に与える影響を十分軽減することができる。
【００３７】
一方、手順Ｓ１０６でインホイールモータ４Ａ，４Ｂに生じる逆起電力とインホイールモータ４Ｃ，４Ｄに生じる逆起電力との差分の絶対値が閾値以下であると判断されたときは、歩行者に与える影響は少ないものとして、歩行補助装置１をそのまま走行させる。
【００３８】
以上のように本実施形態にあっては、インホイールモータ４Ａ〜４Ｄに生じる逆起電力が検出されたときに、歩行者によってハンドル部６の押し操作が行われたものと判断し、逆起電力に基づいて車輪３Ａ〜３Ｄの車輪速指令値を求め、その車輪速指令値に応じてインホイールモータ４Ａ〜４Ｄを制御する。このため、ハンドル部６に加えられる圧力を検出して歩行補助装置１を動作させる場合と異なり、歩行者はハンドル部６の左右両側に加える力を細かくコントロールする必要が無くなる。これにより、特に高齢者にとっても、簡単な操作で歩行補助装置１を直進・旋回させることができる。
【００３９】
また、ハンドル部６に加えられる圧力を検出するセンサを用いなくて済むため、歩行補助装置１に要する部品点数を削減し、歩行補助装置１にかかるコストを抑えることもできる。
【００４０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態の歩行補助装置１では、４つの車輪３Ａ〜３Ｄが設けられているが、前輪及び後輪のいずれか一方を１つとした３輪構造等にしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係わる歩行補助装置の一実施形態の外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示した歩行補助装置の側面図である。
【図３】図１に示した歩行補助装置の制御系を示すブロック図である。
【図４】図３に示したコントローラにより実行されるモータ制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。
【図５】インホイールモータに生じる逆起電力及びその時に車輪に与える回転速度の一例を示すグラフである。
【図６】旋回時に左右の車輪に与える回転速度の一例を示すグラフである。
【図７】歩行補助装置が段差を通過する様子を示す側面図である。
【図８】歩行補助装置が段差を通過する際に、前後の車輪に対応するインホイールモータに生じる逆起電力の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１…歩行補助装置、２…フレーム体、３Ａ〜３Ｄ…車輪、４Ａ〜４Ｄ…インホイールモータ（駆動モータ）、６…ハンドル部、１０…タッチセンサ（検出手段）、１１…コントローラ（制御手段）。
【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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