JP3662658B2 - 電動車椅子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は手動による操作力に補助力を付加する電動機を有する電動車椅子に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の電動車椅子において、乗員の手で車椅子を操作するためのハンドリングが付設された主輪を持ち、ハンドリングに加わった操作力の方向と大きさを検出し、所定値を超えた操作力に応じて主輪に補助力を付加する電動機と、この電動機を駆動制御する駆動制御手段をそれぞれ左右一対に備えた電動車椅子は特開平6−304205号公報に開示されているように知られている。
【0003】
図16に従来の電動車椅子の制御系の全体ブロック構成図を示す。
図16において、電動車椅子200は、右主輪回転速度センサ203、左主輪回転速度センサ206、右手動トルクセンサ211R、左手動トルクセンサ211L、回転方向判別手段(207,212)、車速演算手段(208,211)、A/D変換器(209,210)、右制御信号処理手段220と左制御信号処理手段221とからなる制御手段202、右駆動制御手段213、左駆動制御手段214、右電動機駆動手段215、左電動機駆動手段216、右電動機217、左電動機218とから構成されている。
【0004】
電動車椅子200はマイクロコンピュータ(以下マイコンと略記)等を備え、ここで行う各種の演算および制御はマイコンを中心にして行われている。
【0005】
右主輪回転速度センサ203は右主輪の回転速度を検出して右主輪回転速度信号URを回転方向判別手段207と車速演算手段208とに出力する。
【0006】
回転方向判別手段207は右主輪回転速度信号URから右主輪の回転方向をマイコン等で判別して右主輪回転方向判別信号DRを右制御信号処理手段220に出力する。
車速演算手段208は右主輪回転速度センサ203の右主輪回転速度信号URから車速をマイコン等で演算して右車速信号VRを右制御信号処理手段220に出力する。
【0007】
右手動トルクセンサ211Rは右主輪に布設したハンドリングに操作した操作力の大きさと方向を検出して右手動トルクアナログ信号TPRをA/D変換器209に出力する。
A/D変換器209は右手動トルクアナログ信号TPRをデジタル信号に変換して右手動トルク信号TRを右制御信号処理手段220に出力する。
【0008】
左主輪回転速度センサ206、左手動トルクセンサ211L、回転方向判別手段212、車速演算手段211、A/D変換器210は上述した右主輪回転速度センサ203、右手動トルクセンサ211R、回転方向判別手段207、車速演算手段208、A/D変換器209と構成および作用が同一である。
【0009】
右制御信号処理手段220は、右主輪回転方向判別信号DR、右車速信号VR、右手動トルク信号TRとに応じた補助力を右の主輪に付加するための制御信号SRを右駆動制御手段213に出力し、また左制御信号処理手段221は、左主輪回転方向判別信号DL、左車速信号VL、左手動トルク信号TLとに応じた補助力を左の主輪に付加するための制御信号SLを左駆動制御手段214に出力する。
【0010】
右駆動制御手段213は制御信号SRに基づいてパルス幅変調(PWM)の右駆動制御信号PWRを右電動機駆動手段215に出力し、また左駆動制御手段214は制御信号SLに基づいてパルス幅変調(PWM)の左駆動制御信号PWLを左電動機駆動手段216に出力する。
【0011】
右電動機駆動手段215は右駆動制御信号PWRに基づいて例えば4つの電界効果トランジスタ(FET)で構成するバイポーラ駆動回路で右電動機217を駆動し、また左電動機駆動手段216は左駆動制御信号PWLに基づいて例えば4つの電界効果トランジスタ(FET)で構成するバイポーラ駆動回路で左電動機218を駆動する。
【0012】
図17に車速信号V(VLW,VMD,VHI)をパラメータとした手動トルク信号(T)―制御信号(S)特性図を示す。
図17において、車速信号VのVLW,VMDおよびVHIはそれぞれ低車速領域、中車速領域および高車速領域を示し、手動トルク信号Tが同じであっても、車速信号Vが増加(VLW→VMD→VHI)するに伴い、制御信号Sは減少するよう予め設定されている。
また、小さな操作力に電動機が追従して電動車椅子の車両の直進性を損なうことのないよう所定値以下の手動トルク信号Tに対する制御信号Sを零とする不感帯を設けてある。
【0013】
電動車椅子の制御信号処理手段は、低車速領域(VLW)では手動トルク信号Tに対して大きな補助力が得られるよう大きな制御信号Sを出力し、一方、高車速領域(VHI)では手動トルク信号Tに対して補助力を抑えるように小さな制御信号Sを出力して良好な車両の操作性が得られるよう構成されている。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電動車椅子は、乗員の手によってハンドリングに加える操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を決定するので、傾斜した走行路の場合、補助力による加速度で車椅子に生じる荷重が車椅子の前後、または左右の車輪に過度に偏って掛かる虞があり、走行フィーリングを損なうという課題がある。
【0015】
この発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は、車椅子の車輪に掛かる荷重を検出してこの検出した荷重とハンドリングに加える操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって傾斜した走行路でも主輪に適切な補助力を付加して走行フィーリングの良好な電動車椅子を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項1に係る電動車椅子は、車体を人力で操作するためのハンドリングを付設した主輪と、この主輪の回転速度を検出する主輪回転速度センサと、ハンドリングに加える操作力を検出する手動トルクセンサと、主輪に補助力を付加する電動機と、電動機を駆動制御する駆動制御手段と、この駆動制御手段からの信号によって電動機を駆動する電動機駆動手段と、車体に回転自在に取付けた前部補助輪と、をそれぞれ左右一対に備える電動車椅子において、前部補助輪に掛かる荷重が小さく、主輪に掛かる荷重が大きい場合には、
浮き上がりを防止するように駆動制御手段により電動機を制御することを特徴とする。また、請求項2に係る電動車椅子は、電動車椅子が、前部補助輪に設けた荷重センサを備え、当該荷重センサは前部補助輪の浮きに応じた浮き検出パルス信号を出力するとともに、当該浮き検出パルス信号のパルス幅に応じて駆動制御手段は電動機を制御することを特徴とする。さらに、請求項3に係る電動車椅子は、駆動制御手段が、主輪回転速度センサおよび手動トルクセンサからの信号を処理する制御信号処理手段と、当該制御信号処理手段は両センサからの信号の値に基づいて電動機による補助力の大きさと方向を決める目標信号を設定する目標信号設定手段と、浮き検出パルス信号のパルス幅に応じて目標信号に係数を乗算することを特徴とする。
【0017】
電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に前部補助輪荷重センサを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段とパルス幅計測手段と係数設定手段と乗算手段とを備えたので、車椅子の前部補助輪の浮きを検出する浮き検出パルス信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって主輪に適切な補助力を付加することができる。
【0018】
請求項4に係る電動車椅子は、姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪に掛かる荷重を検出するための荷重センサを前部補助輪に取り付けてこの前部補助輪に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号を出力する前部補助輪荷重センサと、この前部補助輪荷重センサから得られる荷重センサ信号をデジタルに変換してデジタルの荷重センサ信号を出力するA/D変換器と、を備えると共に、制御信号処理手段に、回転速度センサおよび手動トルクセンサからの信号の値に基づいて電動機による補助力の大きさと方向を決める目標信号を設定する目標信号設定手段と、姿勢制御用荷重センサ手段から得られるデジタルの荷重センサ信号に含まれる高域周波数成分を減衰させて低域周波数成分を出力するローパスフィルタと、このローパスフィルタからの荷重信号に基づいて係数を設定してこの係数を出力する係数設定手段と、目標信号設定手段から出力する目標信号に係数設定手段から出力する係数を乗算して制御信号を出力する乗算手段と、を備えたことを特徴とする。
【0019】
電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサとA/D変換器とを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段とローパスフィルタと係数設定手段と乗算手段とを備えたので、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を連続的に制御することによって主輪により適切な補助力を付加することができる。
【0020】
請求項5に係る電動車椅子は、姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪に掛かる荷重を検出するための荷重センサを前部補助輪に取り付けてこの前部補助輪に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号を出力する前部補助輪荷重センサと、この前部補助輪荷重センサから得られる荷重センサ信号をデジタルに変換してデジタルの荷重センサ信号を出力するA/D変換器と、主輪に掛かる荷重を検出するための荷重センサを主輪に取り付けてこの主輪に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号を出力する主輪荷重センサと、この主輪荷重センサから得られる荷重センサ信号をデジタルに変換してデジタルの荷重センサ信号を出力するA/D変換器と、を備えると共に、制御信号処理手段に、回転速度センサおよび手動トルクセンサからの信号の値に基づいて電動機による補助力の大きさと方向を決める目標信号を設定する目標信号設定手段と、姿勢制御用荷重センサ手段から得られるデジタルの前部補助輪に掛かる荷重の荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重の荷重センサ信号との比率を演算して荷重比率信号を出力する除算手段と、この除算手段から得られる荷重比率信に含まれる高域周波数成分を減衰させて低域周波数成分を出力するローパスフィルタと、このローパスフィルタからの荷重比率信号に基づいて係数を設定してこの係数を出力する係数設定手段と、目標信号設定手段から出力する目標信号に係数設定手段から出力する係数を乗算して制御信号を出力する乗算手段と、を備えたことを特徴とする。
【0021】
電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサと主輪荷重センサとA/D変換器とを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段と除算手段とローパスフィルタと係数設定手段と乗算手段とを備えたので、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって車椅子の前後方向への電動機の補助力による過度な加速度の発生を防止して主輪に適切な補助力を付加することができる。
【0022】
請求項6に係る電動車椅子は、姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪に掛かる荷重を検出するための荷重センサを前部補助輪に取り付けてこの前部補助輪に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号を出力する前部補助輪荷重センサと、この前部補助輪荷重センサから得られる荷重センサ信号をデジタルに変換してデジタルの荷重センサ信号を出力するA/D変換器と、主輪に掛かる荷重を検出するための荷重センサを主輪に取り付けてこの主輪に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号を出力する主輪荷重センサと、この主輪荷重センサから得られる荷重センサ信号をデジタルに変換してデジタルの荷重センサ信号を出力するA/D変換器と、を備えると共に、制御手段に、右車輪に掛かる全荷重と左車輪に掛かる全荷重との差分を演算して差分荷重信号を出力する差分演算手段と、この差分演算手段から得られる差分荷重信号に含まれる高域周波数成分を減衰させて低域周波数成分を出力するローパスフィルタと、からなる差分荷重演算手段と、回転速度センサおよび手動トルクセンサからの信号の値に基づいて電動機による補助力の大きさと方向を決める目標信号を設定する目標信号設定手段と、姿勢制御用荷重センサ手段から得られるデジタルの前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号とを加算した荷重信号を出力する加算手段と、差分荷重演算手段から得られる差分荷重信号に基づいて係数を設定してこの係数を出力する係数設定手段と、目標信号設定手段から出力する目標信号に係数設定手段から出力する係数を乗算して制御信号を出力する乗算手段と、からなる制御信号処理手段と、を備えたことを特徴とする。
【0023】
電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサと主輪荷重センサとA/D変換器とを備えると共に、制制手段に、差分演算手段とローパスフィルタとからなる差分荷重演算手段と、目標信号設定手段と加算手段と係数設定手段と乗算手段とからなる制御信号処理手段と、を備えたので、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって車椅子の左右方向への電動機の補助力による過度な荷重の発生を防止して左右の主輪に適切な補助力を付加することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
なお、図1から図4は符号の向きに見るものとする。
図1は本発明に係る電動車椅子の正面図であり、電動車椅子1(以下「車椅子1」と略記する)は、ステップ2を含む車体フレーム3に、左右の前部補助輪4,4及び左右の主輪5,5を回転自在に取付け、主輪5,5にハンドリング6,6を付設したもので、外観は普通の手動式車椅子と同形であるが、電動のためのモータを主輪5,5に内蔵(詳細は後述)し、バッテリ8、制御部9及びトルクセンサ11,11を備えた点が相違する。
【0025】
図2は本発明に係る車椅子の側面図であり、乗員Mは車体フレーム3に取付けたシート(図示せず)に座り、ステップ2に足を載せた状態で、手でハンドリング6を操作することができる。
主輪5はハブ5aとスポーク5bとタイヤリム5cとタイヤ5dとからなる。
【0026】
前部補助輪4はいわゆる自在輪であり、車体フレーム3のサブフレーム3aに取付けたブロック4aと、このブロック4aに縦軸廻りに揺動可能に取付けた揺動アーム4bと、この揺動アーム4bに軸支した補助輪4cとからなり、車椅子の前進方向に応じて揺動し、方向変換を円滑にする。
ブロック4aをサブフレーム3aに沿って位置を変更することもできる。
図示せぬシートの可能にバッテリ8及び制御部9が取付けれていることをも示す。
【0027】
図3は本発明に係るトルク検出機構の原理図であり、トルク検出機構20は、タイヤリム5cに8本のスプリング21で吊ったハンドリング6と、このハンドリング6に一端が係止され、他端が車輪中央に伸びたワイヤ22,22と、このワイヤを中継するタイヤリム5c側の中継プーリ23,23と、前記トルクセンサ11(図1参照)にワイヤ22,22の引き力を伝達する伝動部材(後述)と、トルクセンサ11とからなる。
【0028】
先に図3の作用を説明すると、スプリング21でニュートラル状態にあるハンドリング6を時計廻りに強制回動(矢印▲1▼)すると、ワイヤ22,22が引かれる(矢印▲2▼▲2▼)。
ワイヤ22,22が引かれる度合はハンドリング6を廻す力(トルク)が強いほど大きくなる。
【0029】
図4は本発明に係る主輪のハブの拡大断面図であり、ワイヤ22の他端とトルクセンサ11とを繋ぐ伝動部材を説明すると、この伝動部材は、ベアリング31のアウタレース32に形成した鍔33,33と、ベアリング31のインナレース34にナット35にて一端を係止したロッド36とからなり、ロッド36は回転せず、前記鍔33,33がワイヤ22,22とともに回転する。
ワイヤ22を引くことにより、ロッド36が引かれ、トリクセンサ11がその度合を検出する。
なお、トルクセンサ11は車体フレーム側のボス41にナット42、ブラケット43及びビス44にて固定する。
【0030】
次にハブに内蔵したモータ及び2段遊星減速機構の説明をする。
モータ50は、ホイルインモータと称するものであり、前記ボス41及びこのボス41に一体的に取付けたチューブ45に固定したモータハウジング51と、このモータハウジング51に取付けたコイル52と、このコイル52を取り囲むマグネット53と、これらのマグネット53を支えるロータ54とからなる。
詳しくは、ロータ54はマグネット53を直接支えるカップ54aとこのカップ54aを支えるシリンダ54bとからなる。
【0031】
前記シリンダ54bの一端に刻設した第1サンギヤ61と、前記ハウジング51の一端部に刻設した第1インナギヤ62と、これら第1サンギヤ61と第1インナギヤ62とに噛合する第1プラネタリギヤ63と、この第1プラネタリギヤ63から延びる第1キャリア64とで第1遊星減速機構60を構成し、第1キャリア64の一端に刻設した第2サンギヤ71と、前記ハウジング51の一端部に刻設した第2インナギヤ72と、これら第2サンギヤ71と第2インナギヤ72とに噛合する第2プラネタリギヤ73と、この第2プラネタリギヤ73から延びる第2キャリア(ハブ5aと兼用)とで第2遊星減速機構70を構成する。
第1・第2遊星減速機構60,70で数百〜数千分の一に減速することにより、モータの高回転を走行に適した低回転に変換する。
【0032】
図5は本発明に係る前部補助輪荷重センサの模式説明図である。
図5において、前部補助輪荷重センサ80は、揺動アーム4b、補助輪4c、リミットスイッチ(リミットSW)81、接触子82、スプリング83、ソケット84等から成り、揺動アーム4bと補助輪4cとに掛かる荷重に応じてスプリング83が伸縮して接触子82を上下動させ、上下動する接触子82でリミットSW81のオン/オフを行う。
【0033】
揺動アーム4bと補助輪4cとに掛かる荷重に応じた連続した値を検出する場合はリミットSW81の代りに接触子82に連動する可変抵抗器、或は接触子82に永久磁石等を備え、リミットSW81の代りに磁気センサを用いる。
【0034】
図6は本発明に係る電動車椅子の制御系の全体ブロック構成図である。
図6において、電動車椅子1は、右主輪回転速度センサ103、左主輪回転速度センサ106、右手動トルクセンサ11R、左手動トルクセンサ11L、回転方向判別手段(107,112)、車速演算手段(108,111)、A/D変換器(109,110)、右姿勢制御用荷重センサ手段180、左姿勢制御用荷重センサ手段181、右制御信号処理手段120と左制御信号処理手段121とからなる制御手段102、右駆動制御手段113、左駆動制御手段114、右電動機駆動手段115、左電動機駆動手段116、右電動機117、左電動機118とから構成されている。
【0035】
図6の右主輪回転速度センサ103、左主輪回転速度センサ106、右手動トルクセンサ11R、左手動トルクセンサ11L、回転方向判別手段(107,112)、車速演算手段(108,111)、A/D変換器(109,110)、右駆動制御手段113、左駆動制御手段114、右電動機駆動手段115、左電動機駆動手段116、右電動機117、左電動機118は、従来の電動車椅子の制御系の全体ブロック構成図例として示した図16の右主輪回転速度センサ203、左主輪回転速度センサ206、右手動トルクセンサ211R、左手動トルクセンサ211L、回転方向判別手段(207,212)、車速演算手段(208,211)、A/D変換器(209,210)、右駆動制御手段213、左駆動制御手段214、右電動機駆動手段215、左電動機駆動手段216、右電動機217、左電動機218と構成および作用が同一あり、既に説明してあるので、ここでの説明を省略する。
【0036】
また、本発明に係る実施の形態例として図7,図10,図12,図14に示す左右の姿勢制御用荷重センサ手段と左右の制御信号処理手段において、左と右の構成および作用は同一なので、以下右姿勢制御用荷重センサ手段と右制御信号処理手段の構成および作用の説明のみを行い、左姿勢制御用荷重センサ手段と左制御信号処理手段の説明は省略する。
【0037】
電動車椅子1はマイクロコンピュータ(以下マイコンと略記)等を備え、本発明に係る制御手段で行う各種の演算および制御はこのマイコンを中心にして行う。
【0038】
図7は本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段と制御信号処理手段の要部ブロック構成図である。
図8は本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段の浮き検出パルス信号とクロック信号との関係を示した説明図である。
図9は本発明に係る電動車椅子の係数K−時間t特性図である。
図9において、図8に示すクロックCK(tN)の分解能に基づいて係数Kの特性を図示した場合、連続的な直線および曲線として表わすことはできないが、説明の都合上図8に示すクロックCK(tN)の分解能より十分細かいものとして図示した。
【0039】
図7において、右姿勢制御用荷重センサ手段182は前部補助輪荷重センサ182Aを備え、右制御信号処理手段122は目標信号設定手段130と、パルス幅計測手段131と、係数設定手段132と、乗算手段133とから構成する。
【0040】
前部補助輪荷重センサ182Aは、図5に示すように前部補助輪4に荷重センサを取り付けて前部補助輪4に掛かる荷重が所定荷重値を超えている場合、リミットSW81がオン状態となって本実施の形態例では図8に示すようにLレベルの浮き検出パルス信号LWを出力し、前部補助輪4に掛かる荷重が所定荷重値以下になると前部補助輪の浮き上がりと見做してリミットSW81をオフ状態となってHレベルの浮き検出パルス信号LWを出力する。
【0041】
目標信号設定手段130は、RAMまたは書換え可能なROM等のメモリを備え、メモリには右手動トルク信号TRと、右主輪回転方向判断信号DRと、右車速信号VRとのそれぞれの値に応じた目標信号TMRが右手動トルク信号TRと、右主輪回転方向判断信号DRと、右車速信号VRとのそれぞれの値に応じた番地に記憶されていて、手動トルク信号TRと、右主輪回転方向判断信号DRと、右車速信号VRとのそれぞれの値をメモリの読出し番地として目標信号TMRをメモリより読み出して乗算手段133に出力する。
【0042】
目標信号設定手段130は、従来の技術として図17に示した、車速信号V(VLW,VMD,VHI)をパラメータとした手動トルク信号(T)―制御信号(S){目標信号(TMR)}特性を持ち、車速信号VのVLW,VMDおよびVHIはそれぞれ低車速領域、中車速領域および高車速領域を示し、手動トルク信号Tが同じであっても、車速信号Vが増加(VLW→VMD→VHI)するに伴い、目標信号TMRは減少するよう予め設定されており、また、小さな操作力に電動機が追従して電動車椅子の車両の直進性を損なうことのないよう所定値以下の手動トルク信号Tに対する目標信号TMRを零とする不感帯を設けてある。
【0043】
パルス幅計測手段131は図8に示す前部補助輪荷重センサ182Aからの浮き検出パルス信号LW(LR)のLレベルとHレベルとのパルス幅を計測してパルス幅信号PHRを係数設定手段132に出力する。
パルス幅計測手段131は、図8に示すようにクロック信号CKでLレベルおよびHレベルとのパルス幅を計測する。
【0044】
係数設定手段132は、RAMまたは書換え可能なROM等のメモリと演算手段とを備え、メモリにはパルス幅信号PH(PHR)の値に応じた特性値KF(KFR)をパルス幅信号PHの値に応じた番地に記憶し、パルス幅信号PHをメモリの読出し番地として特性値KFをメモリより読み出して演算手段で数1に示す演算を行い図9に示す係数K(KR)を乗算手段133に出力する。
【0045】
【数1】
K(tN)=K(tN-1)±KF(tN)
但し、0≦K(tN)≦1
【0046】
数1において、クロックCK(tN)時点の係数KをK(tN)、特性値KFをKF(tN)、クロックCK(tN-1)をクロックCK(tN)より1クロック前の時点とし、クロックCK(tN-1)時点の係数KをK(tN-1)とし、パルス幅信号PHがLレベルであれば特性値KF(tN)は加算、Hレベルであれば特性値KF(tN)は減算とする。
【0047】
前部補助輪荷重センサ182Aから出力する浮き検出パルス信号LRが図8に示す浮き検出パルス幅信号LWの場合、係数設定手段132から出力する係数Kを図9に示す。
【0048】
パルス幅計測手段131は浮き検出パルス信号LWの期間PAをクロックCK(t0)までLレベルとして検出し、そのパルス幅を計測してパルス幅信号PH(PHR)を係数設定手段132に出力する。
【0049】
係数設定手段132はパルス幅計測手段131から出力されたパルス幅信号PHに基づいて係数設定手段132にあるメモリから特性値KF(t0)=0を読み出して数1に示す演算を行い係数K(t0)=1をクロックCK(t1)まで乗算手段133に出力する。
【0050】
次にパルス幅計測手段131は浮き検出パルス信号LWの期間PBをクロックCK(t1)でHレベルとして検出し、クロックCK(t2)までのそのパルス幅を計測してパルス幅信号PHを係数設定手段132に出力する。
係数設定手段132はパルス幅信号PHに基づいて係数設定手段132にあるメモリから特性値KF(t1),KF(t2)を読み出して数1に示す演算を行い、図9に示すように所定の直線特性CH1あるいは曲線特性CH2でクロックCK(t1)からクロックCK(t3)まで減少する係数K(t1),K(t2)を乗算手段133に出力する。
【0051】
次にパルス幅計測手段131は浮き検出パルス信号LWの期間PCをクロックCK(t3)でLレベルとして検出し、そのパルス幅を計測してパルス幅信号PHを係数設定手段132に出力する。
係数設定手段132はパルス幅信号PHに基づいて係数設定手段132にあるメモリから特性値KF(t3)を読み出して数1に示す演算を行い、図9に示すように所定の直線特性CH1あるいは曲線特性CH2でクロックCK(t3)からクロックCK(t4)まで増加する係数K(t4)を乗算手段133に出力する。
【0052】
次にパルス幅計測手段131は浮き検出パルス信号LWの期間PDをクロックCK(t4)でHレベルとして検出し、クロックCK(t8)までのそのパルス幅を計測してパルス幅信号PHを係数設定手段132に出力する。
係数設定手段132はパルス幅信号PHに基づいて係数設定手段132にあるメモリから特性値KF(t4),KF(t5),KF(t6),KF(t7),KF(t8)を読み出して数1に示す演算を行い、図9に示すように所定の直線特性CH1あるいは曲線特性CH2でクロックCK(t4)からクロックCK(t9)まで減少する係数K(t4),K(t5),K(t6),K(t7),K(t8)を乗算手段133に出力する。
【0053】
乗算手段133は目標信号設定手段130から出力する目標信号TMRに係数設定手段132から出力する係数KRを乗じてその結果を制御信号SRとして右駆動制御手段213に出力する。
前部補助輪の浮き上がりが前部補助輪荷重センサで検出されない場合にはハンドリングに加える操作力等に基づいて設定される目標信号を制御信号として駆動制御手段に出力し、この制御信号に基づいた補助力を電動機で発生させて主輪に付加する。
一方、前部補助輪の浮き上がりが前部補助輪荷重センサで検出される場合にはハンドリングに加える操作力等に基づいて設定される目標信号に、前部補助輪荷重センサから出力する浮き検出パルス信号に基づいて設定される係数を乗じて前部補助輪の浮き上がりを防止するように制御信号を減少させて電動機で発生させる補助力を小さくする。
【0054】
このように、電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に前部補助輪荷重センサを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段とパルス幅計測手段と係数設定手段と乗算手段とを備えたので、車椅子の前部補助輪の浮きを検出する浮き検出パルス信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって主輪に適切な補助力を付加することができる。
【0055】
図10は本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段と制御信号処理手段の要部ブロック構成図である。
図11は本発明に係る電動車椅子の係数設定手段の係数K−荷重センサ信号LS特性図である。
図10において、右姿勢制御用荷重センサ手段184は前部補助輪荷重センサ184Aと、A/D変換器184Bとを備え、右制御信号処理手段124は目標信号設定手段138と、ローパスフィルタ139と、係数設定手段140と、乗算手段141とから構成する。
図10における目標信号設定手段138は請求項1に係る図7で説明した目標信号設定手段130と構成および作用が同一なので、ここでの説明を省略する。
【0056】
前部補助輪荷重センサ184Aは、図5に示すように前部補助輪4に荷重センサを取り付け、リミットSW81の代りに接触子82に連動する可変抵抗器、或は接触子82に永久磁石等を備え、リミットSW81の代りに磁気センサを用いて前部補助輪4に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号L0SRをA/D変換器184Bに出力し、A/D変換器184Bは荷重センサ信号L0SRをデジタルに変換して荷重センサ信号LSRを右制御信号処理手段124のローパスフィルタ139に出力する。
【0057】
ローパスフィルタ139は、A/D変換器184Bから出力された荷重センサ信号LSRに含まれる高域周波数成分を減衰させて阻止し、低域周波数成分を通過させた荷重信号LSFRを係数設定手段140に出力する。
【0058】
係数設定手段140は図11に示す係数K(KR)−荷重センサ信号LS(LSFR)特性の係数を設定する。
係数設定手段140は荷重信号LSに基づいて係数設定手段140にあるメモリから特性値KFを読み出して数1に示す演算を行い、図11に示すような所定の直線特性CH3あるいは曲線特性CH4の係数Kを乗算手段133に出力する。
【0059】
図11において、荷重センサ信号LSが所定荷重値LS2を超える領域では係数K=1であり、荷重センサ信号LSが所定荷重値LS2以下の領域における係数Kは荷重センサ信号LSの減少に伴い特性CH3あるいは特性CH4のように減少する。
特性CH3では、荷重センサ信号LSが所定荷重値LS1で係数Kは零になり、特性CH4では、荷重センサ信号LSが所定荷重値LS2以下の領域において荷重センサ信号LSの減少に伴い係数Kは、なだらかな傾斜で減衰し、中域で大きく減衰し、再びなだらかな傾斜で減衰して零に収束する。
【0060】
乗算手段141は目標信号設定手段138から出力する目標信号TMRに係数設定手段140から出力する係数KRを乗じてその結果を制御信号SRとして右駆動制御手段213に出力する。
前部補助輪に掛かる荷重を前部補助輪荷重センサで検出して所定値を超える荷重であれば、ハンドリングに加える操作力等に基づいて設定される目標信号を制御信号として駆動制御手段に出力し、この制御信号に基づいた補助力を電動機で発生させて主輪に付加する。
一方、前部補助輪に掛かる荷重が所定値以下の場合にはハンドリングに加える操作力等に基づいて設定される目標信号に、前部補助輪荷重センサから出力する荷重センサ信号に基づいて設定される係数を乗じて前部補助輪の浮き上がりを防止するように制御信号を減少させて電動機で発生させる補助力を小さくする。
【0061】
このように、電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサとA/D変換器とを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段とローパスフィルタと係数設定手段と乗算手段とを備えたので、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を連続的に制御することによって主輪により適切な補助力を付加することができる。
【0062】
図12は本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段と制御信号処理手段の要部ブロック構成図である。
図13は本発明に係る電動車椅子の係数設定手段の係数K−前後荷重比RF特性図である。
【0063】
図12において、右姿勢制御用荷重センサ手段186は前部補助輪荷重センサ186Aと、A/D変換器186Bと、主輪荷重センサ186Cと、A/D変換器186Dと、を備え、右制御信号処理手段126は目標信号設定手段146と、除算手段147Aおよびローパスフィルタ147Bからなる前後荷重比検出手段147と、係数設定手段148と、乗算手段149とから構成する。
図12における目標信号設定手段146は請求項1に係る図7で説明した目標信号設定手段130と構成および作用が同一なので、ここでの説明を省略する。
【0064】
前部補助輪荷重センサ186Aは、図5に示すように前部補助輪4に荷重センサを取り付け、リミットSW81の代りに接触子82に連動する可変抵抗器、或は接触子82に永久磁石等を備え、リミットSW81の代りに磁気センサを用いて前部補助輪4に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号L0SRをA/D変換器186Bに出力し、A/D変換器186Bは荷重センサ信号L0SRをデジタルに変換した荷重センサ信号LSRを右制御信号処理手段126の前後荷重比検出手段147に出力する。
【0065】
主輪荷重センサ186Cは、図5に示す荷重センサを主輪5に取り付け、リミットSW81の代りに接触子82に連動する可変抵抗器、或は接触子82に永久磁石等を備え、リミットSW81の代りに磁気センサを用いて主輪5に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号L0MRをA/D変換器186Dに出力し、A/D変換器186Dは荷重センサ信号L0MRをデジタルに変換した荷重センサ信号LMRを右制御信号処理手段126の前後荷重比検出手段147に出力する。
【0066】
前後荷重比検出手段147の除算手段147Aは姿勢制御用荷重センサ手段から得られる主輪に掛かる荷重の荷重センサ信号LMRを前部補助輪に掛かる荷重の荷重センサ信号LSRで除して荷重センサ信号LMRと荷重センサ信号LSRとの比率を前後荷重比信号RRとしてローパスフィルタ147Bに出力する。
【0067】
ローパスフィルタ147Bは前後荷重比信号RRに含まれる高域周波数成分を減衰させて阻止し、低域周波数成分を通過させた前後荷重比信号RFRを係数設定手段148に出力する。
【0068】
係数設定手段148は、RAMまたは書換え可能なROM等のメモリと演算手段とを備え、メモリには前後荷重比信号RF(RFR)の値に応じた特性値KF(KFR)を前後荷重比信号RFの値に応じた番地に記憶し、前後荷重比信号RFをメモリの読出し番地として特性値KFをメモリより読み出して演算手段で数1に示す演算を行い図13に示す特性の係数K(KR)を乗算手段149に出力する。
【0069】
図13において、前後荷重比RFが所定前後荷重比RF1を下回る領域では前部補助輪4に掛かる荷重が大きく、主輪5に掛かる荷重が小さい場合であつて、前後荷重比RFの増加に伴って係数Kはなだらかに零より増加し、そして徐々にその増加率を増して増加し、前後荷重比RFが所定前後荷重比RF1に近付くに従って係数Kはその増加率を減少させてK=1に漸近する。
【0070】
前後荷重比RFが所定前後荷重比RF1以上で、所定前後荷重比RF2を下回る領域では係数KはK=1である。
前後荷重比RFが所定前後荷重比RF2以上の領域では前部補助輪4に掛かる荷重が小さく、主輪5に掛かる荷重が大きい場合であつて、前部補助輪4の浮きを生じる恐れがある領域であり、前後荷重比RFの増加に伴って係数KはなだらかにK=1より減少し、そして徐々にその減少率を増して減少し、さらに前後荷重比RFの増加に伴い係数Kは再びその減少率を減少させて徐々に零に収束する。
【0071】
乗算手段149は目標信号設定手段146から出力する目標信号TMRに係数設定手段148から出力する係数KRを乗じてその結果を制御信号SRとして右駆動制御手段213に出力する。
【0072】
前部補助輪に掛かる荷重を前部補助輪荷重センサで検出し、主輪に掛かる荷重を主輪荷重センサで検出して前後の車輪に掛かる荷重の比率を演算し、この比率が所定の範囲内であれば、ハンドリングに加える操作力等に基づいて設定される目標信号を制御信号として駆動制御手段に出力し、この制御信号に基づいた補助力を電動機で発生させて主輪に付加する。
一方、前後の車輪に掛かる荷重の比率が所定の範囲外であれば、
ハンドリングに加える操作力等に基づいて設定される目標信号に、前部補助輪荷重センサから出力する荷重センサ信号に基づいて設定される係数を乗じて前部補助輪の浮き上がり、または前部補助輪への過剰な荷重を防止するように制御信号を減少させて電動機で発生させる補助力を小さくする。
【0073】
このように、電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサと主輪荷重センサとA/D変換器とを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段と除算手段とローパスフィルタと係数設定手段と乗算手段とを備えたので、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって車椅子の前後方向への電動機の補助力による過度な加速度の発生を防止して主輪に適切な補助力を付加することができる。
【0074】
図14は本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段と制御手段の要部ブロック構成図である。
図15は本発明に係る電動車椅子の係数設定手段の係数K−左右荷重差分△LF(R−L)特性図である。
【0075】
図14において、右姿勢制御用荷重センサ手段188は前部補助輪荷重センサ188Aと、A/D変換器188Bと、主輪荷重センサ188Cと、A/D変換器188Dと、を備え、右制御信号処理手段128は目標信号設定手段154と、加算手段155と、係数設定手段156と、乗算手段157と、を備え、差分荷重演算手段158は差分手段158Aと、ローパスフィルタ158Bと、を備える。
【0076】
図14における目標信号設定手段154は請求項1に係る図7で説明した目標信号設定手段130と構成および作用が同一なので、ここでの説明を省略する。
【0077】
前部補助輪荷重センサ188Aは、図5に示すように前部補助輪4に荷重センサを取り付け、リミットSW81の代りに接触子82に連動する可変抵抗器、或は接触子82に永久磁石等を備え、リミットSW81の代りに磁気センサを用いて前部補助輪4に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号L0SRをA/D変換器188Bに出力し、A/D変換器188Bは荷重センサ信号L0SRをデジタルに変換した荷重センサ信号LSRを右制御信号処理手段128の加算手段155に出力する。
【0078】
主輪荷重センサ188Cは、図5に示す荷重センサを主輪5に取り付け、リミットSW81の代りに接触子82に連動する可変抵抗器、或は接触子82に永久磁石等を備え、リミットSW81の代りに磁気センサを用いて主輪5に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号L0MRをA/D変換器188Dに出力し、A/D変換器188Dは荷重センサ信号L0MRをデジタルに変換した荷重センサ信号LMRを右制御信号処理手段128の加算手段155に出力する。
【0079】
加算手段155は姿勢制御用荷重センサ手段から得られる前部補助輪に掛かる荷重の荷重センサ信号LSRと主輪に掛かる荷重の荷重センサ信号LMRとの加算を行い右側の車輪に掛かる全荷重を求めて荷重信号LMSRとして差分荷重演算手段158の加算手段158Aに出力する。
【0080】
加算手段158Aは右側の車輪に掛かる全荷重の荷重信号LMSRから左側の車輪に掛かる全荷重の荷重信号LMSLを引いた左右荷重差分信号△L(R-L)をローパスフィルタ158Bに出力する。
【0081】
ローパスフィルタ158Bは左右荷重差分信号△L(R-L)に含まれる高域周波数成分を減衰させて阻止し、低域周波数成分を通過させた左右荷重差分信号△LF(R-L)を係数設定手段156に出力する。
【0082】
係数設定手段156は、RAMまたは書換え可能なROM等のメモリと演算手段とを備え、メモリには左右荷重差分信号△LF(R-L)の値に応じた特性値KF(KFR)を左右荷重差分信号△LF(R-L)の値に応じた番地に記憶し、左右荷重差分信号△LF(R-L)をメモリの読出し番地として特性値KFをメモリより読み出して演算手段で数1に示す演算を行い図15に示す特性の係数K(KR)を乗算手段157に出力する。
【0083】
図15において、係数Kは左右荷重差分△LF(R-L)=0で係数K=1であり、左右荷重差分△LF(R-L)=0を中心にして正負の左右荷重差分△LF(R-L)に対して左右対称の特性である。
左右荷重差分△LF(R-L)が零の場合は車椅子の左右の車輪に掛かる荷重が等しく左右の均衡が取れた状態である。
【0084】
左右荷重差分△LF(R-L)が正の方向に増加することは右側の車輪に掛かる荷重が左側の車輪に掛かる荷重に比べて増えることであり、また逆に左右荷重差分△LF(R-L)が負の方向に増加することは左側の車輪に掛かる荷重が右側の車輪に掛かる荷重に比べて増えることであり、左右の均衡状態が悪化することである。
【0085】
係数Kは、左右荷重差分△LF(R-L)の増加に伴いなだらかにK=1より減少し、そして徐々にその減少率を増して減少し、さらに左右荷重差分△LF(R-L)の増加に伴い再びその減少率を減少させて徐々に零に収束する。
【0086】
乗算手段157は目標信号設定手段154から出力する目標信号TMRに係数設定手段156から出力する係数KRを乗じてその結果を制御信号SRとして右駆動制御手段213に出力する。
【0087】
このように、電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサと主輪荷重センサとA/D変換器とを備えると共に、制制手段に、差分演算手段とローパスフィルタとからなる差分荷重演算手段と、目標信号設定手段と加算手段と係数設定手段と乗算手段とからなる制御信号処理手段と、を備えたので、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって車椅子の左右方向への電動機の補助力による過度な荷重の発生を防止して左右の主輪に適切な補助力を付加することができる。
【0088】
なお、上記実施形態は本発明の一実施例であり、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【0089】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
【0090】
本発明に係る電動車椅子は電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段とパルス幅計測手段と係数設定手段と乗算手段とを備え、車椅子の前部補助輪の浮きを検出する浮き検出パルス信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって主輪に適切な補助力を付加することができるので大きな駆動力を必要とする時、前輪が浮かないので走行フィーリングの良い電動車椅子を提供することができる。
【0091】
本発明に係る電動車椅子は姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサとA/D変換器とを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段とローパスフィルタと係数設定手段と乗算手段とを備え、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を連続的に制御することによって主輪により適切な補助力を付加することができるので大きな駆動力を必要とする時、前輪が浮かないので滑らかな走行フィーリングの良い電動車椅子を提供することができる。
【0092】
本発明に係る電動車椅子は姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサと主輪荷重センサとA/D変換器とを備えると共に、制御信号処理手段に、目標信号設定手段と除算手段とローパスフィルタと係数設定手段と乗算手段とを備え、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって車椅子の前後方向への電動機の補助力による過度な加速度の発生を防止して主輪に適切な補助力を付加することができるので前後のバランスの良い滑らかな走行フィーリングを有する電動車椅子を提供することができる。
【0093】
本発明に係る電動車椅子は姿勢制御用荷重センサ手段に、前部補助輪荷重センサと主輪荷重センサとA/D変換器とを備えると共に、制制手段に、差分演算手段とローパスフィルタとからなる差分荷重演算手段と、目標信号設定手段と加算手段と係数設定手段と乗算手段とからなる制御信号処理手段と、を備え、車椅子の前部補助輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重を検出した荷重センサ信号と操作力と車速とに基づいて電動機による補助力を制御することによって車椅子の左右方向への電動機の補助力による過度な荷重の発生を防止して左右の主輪に適切な補助力を付加することができるので左右のバランスの良い滑らかな走行フィーリングを有する電動車椅子を提供することができる。
【0094】
よって、前後左右のバランスに優れて安定性の良い、滑らかな走行フィーリングを有する電動車椅子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る電動車椅子の正面図
【図2】 本発明に係る車椅子の側面図
【図3】 本発明に係るトルク検出機構の原理図
【図4】 本発明に係る主輪のハブの拡大断面図
【図5】 本発明に係る前部補助輪荷重センサの模式説明図
【図6】 本発明に係る電動車椅子の制御系の全体ブロック構成図
【図7】 本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段と制御信号処理手段の要部ブロック構成図
【図8】 本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段の浮き検出パルス信号とクロック信号との関係を示した説明図
【図9】 本発明に係る電動車椅子の係数K−時間t特性図
【図10】 本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段と制御信号処理手段の要部ブロック構成図
【図11】 本発明に係る電動車椅子の係数設定手段の係数K−荷重センサ信号LS特性図
【図12】 本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段と制御信号処理手段の要部ブロック構成図
【図13】 本発明に係る電動車椅子の係数設定手段の係数K−前後荷重比RF特性図
【図14】 本発明に係る電動車椅子の姿勢制御用荷重センサ手段と制御手段の要部ブロック構成図
【図15】 本発明に係る電動車椅子の係数設定手段の係数K−左右荷重差分△LF(R−L)特性図
【図16】 従来の電動車椅子の制御系の全体ブロック構成図
【図17】 車速信号V(VLW,VMD,VHI)をパラメータとした手動トルク信号(T)―制御信号(S)特性図
【符号の説明】
1,200…電動車椅子、2…ステップ、3…車体フレーム、3a…サブフレーム、4…前部補助輪、4a…ブロック、4b…揺動アーム、4c…補助輪、5…主輪、5a…ハブ、5b…スポーク、5c…タイヤリム、5d…タイヤ、6…ハンドリング、8…バッテリ、11R…右手動トルクセンサ、11L…左手動トルクセンサ、20…トルク検出機構、21…スプリング、22…ワイヤ、23…中継プーリ、31…ベアリング、32…アウタレース、33…鍔、34…インナレース、35…ナット、36…ロッド、41…ボス、42…ナット、43…ブラケット、44…ビス、45…チューブ、50…モータ、51…モータハウジング、52…コイル、53…マグネット、54…ロータ、54a…カップ、54b…シリンダ、60…第1遊星減速機構、61…第1サンギヤ、62…第1インナギヤ、63…第1プラネタリギヤ、64…第1キャリア、70…第2遊星減速機構、71…第2サンギヤ、72…第2インナギヤ、73…第2プラネタリギヤ、102,195,202…制御手段、103,203…右主輪回転速度センサ、106,206…左主輪回転速度センサ、107,112,207,212…回転方向判別手段、108,111,208,211…車速演算手段、109,110,209,184B,185B,186B,186D,187B,187D,188B,188D,189B,189D,210…A/D変換器、113,213…右駆動制御手段、114,214…左駆動制御手段、115,215…右電動機駆動手段、116,216…左電動機駆動手段、117,217…右電動機、118,218…左電動機、120,122,124,126,128,220…右制御信号処理手段、121,123,125,127,129221…左制御信号処理手段、130,134,138,142,146,150,154,159…目標信号設定手段、158A…差分演算手段、180,182,184,186,188…右姿勢制御用荷重センサ手段、181,183,185,187,189…左姿勢制御用荷重センサ手段、131,135…パルス幅計測手段、132,136,140,144,148,152,156,161…係数設定手段、133,137,141,145,149,153,156,161…乗算手段、184A,185A,186A,187A,188A,189A…前部補助輪荷重センサ、139,143,147B,151B,158B…ローパスフィルタ、186C,187C,188C,189C…主輪荷重センサ、147A,151A…除算手段、DL…左主輪回転方向判別信号、CK…クロック信号、DR…右主輪回転方向判断信号、FET…電界効果トランジスタ、K,KL,KR…係数、LL,LR,LW…浮き検出パルス信号、LMSL,LMSR,LSFL,LSFR…荷重信号、L0SL,L0SR,LS,LSL,LSR…荷重センサ信号、M…乗員、PDL…左電動機駆動信号、PDR…右電動機駆動信号、PHL,PHR…パルス幅信号、PWL…左動制御信号、PWR…右動制御信号、PWM…パルス幅変調器、RF…前後荷重比、RFL,RFR,RL,RR…前後荷重比信号、S,SL,SR…制御信号、T…手動トルク信号、TL…左手動トルク信号、TML,TMR…目標信号、t…時間、TPL…左手動トルクアナログ信号、TPR…右手動トルクアナログ信号、TL…左手動トルク信号、TR…右手動トルク信号、UR…右輪回転速度信号、V…車速信号、VHI…高車速領域、VLW…低車速領域、VMD…中車速領域、VR…右車速信号、VL…左車速信号、△LF(R−L)…左右荷重差分、△L(R−L)…左右荷重差分信号。
Claims (6)
- 車体を人力で操作するためのハンドリングを付設した主輪と、この主輪の回転速度を検出する主輪回転速度センサと、前記ハンドリングに加える操作力を検出する手動トルクセンサと、前記主輪に補助力を付加する電動機と、前記電動機を駆動制御する駆動制御手段と、この駆動制御手段からの信号によって前記電動機を駆動する電動機駆動手段と、車体に回転自在に取付けた前部補助輪と、をそれぞれ左右一対に備える電動車椅子において、
前記前部補助輪に掛かる荷重が小さく、前記主輪に掛かる荷重が大きい場合には、浮き上がりを防止するように前記駆動制御手段により前記電動機を制御することを特徴とする電動車椅子。 - 前記電動車椅子は、前記前部補助輪に設けた荷重センサを備え、当該荷重センサは前記前部補助輪の浮きに応じた浮き検出パルス信号を出力するとともに、当該浮き検出パルス信号のパルス幅に応じて前記駆動制御手段は前記電動機を制御することを特徴とする請求項1記載の電動車椅子。
- 前記駆動制御手段は、前記主輪回転速度センサおよび前記手動トルクセンサからの信号を処理する制御信号処理手段と、当該制御信号処理手段は前記両センサからの信号の値に基づいて前記電動機による補助力の大きさと方向を決める目標信号を設定する目標信号設定手段と、前記浮き検出パルス信号のパルス幅に応じて前記目標信号に係数を乗算することを特徴とする請求項2記載の電動車椅子。
- 車体を人力で操作するためのハンドリングを付設した主輪と、この主輪の回転速度を検出する主輪回転速度センサと、前記ハンドリングに加える操作力を検出する手動トルクセンサと、前記主輪に補助力を付加する電動機と、前記電動機を駆動制御する駆動制御手段と、この駆動制御手段からの信号によって前記電動機を駆動する電動機駆動手段と、車体に回転自在に取付けた前部補助輪と、をそれぞれ左右一対に備える電動車椅子において、
車輪に掛かる荷重を検出する荷重センサを有する左右一対の姿勢制御用荷重センサ手段と、前記姿勢制御用荷重センサ手段、前記回転速度センサおよび前記手動トルクセンサからの信号を処理して前記電動機による補助力の大きさと方向を制御する左右一対の制御信号処理手段からなる制御手段と、を備えると共に、
前記制御信号処理手段は、前記回転速度センサおよび前記手動トルクセンサからの信号の値に基づいて前記電動機による補助力の大きさと方向を決める目標信号を設定する目標信号設定手段と、前記前部補助輪に荷重センサを設けた前記姿勢制御用荷重センサ手段から得られる荷重センサ信号に含まれる高域周波数成分を減衰させて低域周波数成分を出力するローパスフィルタと、このローパスフィルタからの荷重信号に基づいて係数を設定してこの係数を出力する係数設定手段と、前記目標信号設定手段から出力する目標信号に前記係数設定手段から出力する係数を乗算して制御信号を出力する乗算手段と、を備えたことを特徴とする電動車椅子。 - 車体を人力で操作するためのハンドリングを付設した主輪と、この主輪の回転速度を検出する主輪回転速度センサと、前記ハンドリングに加える操作力を検出する手動トルクセンサと、前記主輪に補助力を付加する電動機と、前記電動機を駆動制御する駆動制御手段と、この駆動制御手段からの信号によって前記電動機を駆動する電動機駆動手段と、車体に回転自在に取付けた前部補助輪と、をそれぞれ左右一対に備える電動車椅子において、
車輪に掛かる荷重を検出する荷重センサを有する左右一対の姿勢制御用荷重センサ手段と、前記姿勢制御用荷重センサ手段、前記回転速度センサおよび前記手動トルクセンサからの信号を処理して前記電動機による補助力の大きさと方向を制御する左右一対の制御信号処理手段からなる制御手段と、を備えると共に、
前記姿勢制御用荷重センサ手段は、
前記前部補助輪に荷重センサを設けてこの前部補助輪に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号を出力する前部補助輪荷重センサと、前記主輪に荷重センサを設けてこの主輪に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号を出力する主輪荷重センサと、を備え、
前記制御信号処理手段は、
前記回転速度センサおよび前記手動トルクセンサからの信号の値に基づいて前記電動機による補助力の大きさと方向を決める目標信号を設定する目標信号設定手段と、前記姿勢制御用荷重センサ手段から得られる前部補助輪に掛かる荷重の荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重の荷重センサ信号との比率を演算して荷重比率信号を出力する除算手段と、この除算手段から得られる荷重比率信号に含まれる高域周波数成分を減衰させて低域周波数成分を出力するローパスフィルタと、このローパスフィルタからの荷重比率信号に基づいて係数を設定してこの係数を出力する係数設定手段と、前記目標信号設定手段から出力する目標信号に前記係数設定手段から出力する係数を乗算して制御信号を出力する乗算手段と、を備えたことを特徴とする電動車椅子。 - 車体を人力で操作するためのハンドリングを付設した主輪と、この主輪の回転速度を検出する主輪回転速度センサと、前記ハンドリングに加える操作力を検出する手動トルクセンサと、前記主輪に補助力を付加する電動機と、前記電動機を駆動制御する駆動制御手段と、この駆動制御手段からの信号によって前記電動機を駆動する電動機駆動手段と、車体に回転自在に取付けた前部補助輪と、をそれぞれ左右一対に備える電動車椅子において、
車輪に掛かる荷重を検出する荷重センサを有する左右一対の姿勢制御用荷重センサ手段と、前記姿勢制御用荷重センサ手段、前記回転速度センサおよび前記手動トルクセンサからの信号を処理して前記電動機による補助力の大きさと方向を制御する左右一対の制御信号処理手段からなる制御手段と、を備えると共に、
前記姿勢制御用荷重センサ手段は、
前記前部補助輪に荷重センサを設けてこの前部補助輪に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号を出力する前部補助輪荷重センサと、前記主輪に荷重センサを設けてこの主輪に掛かる荷重を検出して荷重センサ信号を出力する主輪荷重センサと、を備え、
前記制御手段は、
右車輪に掛かる全荷重と左車輪に掛かる全荷重との差分を演算して差分荷重信号を出力する差分演算手段と、この差分演算手段から得られる差分荷重信号に含まれる高域周波数成分を減衰させて低域周波数成分を出力するローパスフィルタと、からなる差分荷重演算手段と、
前記回転速度センサおよび前記手動トルクセンサからの信号の値に基づいて前記電動機による補助力の大きさと方向を決める目標信号を設定する目標信号設定手段と、前記姿勢制御用荷重センサ手段から得られる前部補助輪に掛かる荷重の荷重センサ信号と主輪に掛かる荷重の荷重センサ信号とを加算した荷重信号を出力する加算手段と、前記差分荷重演算手段から得られる差分荷重信号に基づいて係数を設定してこの係数を出力する係数設定手段と、前記目標信号設定手段から出力する目標信号に前記係数設定手段から出力する係数を乗算して制御信号を出力する乗算手段と、からなる前記制御信号処理手段と、
を備えたことを特徴とする電動車椅子。
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