JP6089745B2

JP6089745B2 - 階段昇降機

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Publication number: JP6089745B2
Application number: JP2013021572A
Authority: JP
Inventors: 要介西村; 瀬川　雅也; 雅也瀬川; 元基小竹
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2033-02-06
Also published as: JP2014150892A

Description

本発明は、人や物等の物体を搭載して階段を昇降可能な階段昇降機に関するものである。

例えば、特許文献１には、４輪で走行可能な本体部と、人が搭乗可能な搭載部と、搭載部の転倒防止可能な転倒防止装置とを備えた車両が記載されている。転倒防止装置は、４本のストラットと、各ストラットの先端に取り付けられた車輪と、各ストラットの後端を中心に各ストラットを回転させるアクチュエータとを備えている。２本のストラットは、搭載部の前側下面の左右角部に前方向に回転可能に取り付けられ、他の２本のストラットは、搭載部の後側下面の左右角部に後方向に回転可能に取り付けられている。このような構成において、搭載部が前方もしくは後方に転倒しそうになった場合、前側もしくは後側のストラットが斜め前方向もしくは斜め後方向を向くように回転し、前側もしくは後側のストラットの車輪が地面に接触して車両を支えることにより搭載部の姿勢を制御し、車両の転倒を防止するようになっている。

また、特許文献２には、２輪で走行可能な本体部と、人が搭乗可能な搭載部と、搭載部の転倒防止可能な転倒防止装置とを備えた車両が記載されている。転倒防止装置は、１本のアームと、アームの先端に取り付けられた回転子と、アームの後端を中心にアームを回転させる制御手段とを備えている。アームは、車輪と同軸で前後方向に回転可能に取り付けられている。このような構成において、車両の急加減速時に搭載部の姿勢安定性の維持が困難になった場合、アームが回転して回転子の質量との釣り合いを取ることにより搭載部の姿勢を制御し、車両の転倒を防止するようになっている。

特表２０００−５１４６８０号公報特許第４８８７８６５号公報

上記のような車両では、階段昇降中に姿勢制御が破綻した場合、車両が階段途中で停止してしまうおそれがある。また、ストラットやアーム等の転倒防止機構を設ける必要があるため、車両が大型化する傾向にある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、階段昇降中に姿勢制御が破綻しても階段の昇降を安全に継続することができ、かつ小型な階段昇降機を提供することを目的とする。

（請求項１）本手段に係る階段昇降機は、本体部と、前記本体部の下部に配置され、前記本体部を支持軸回りに回転可能に支持する支持部と、前記支持部において前記支持軸に平行な車軸回りに自転可能にそれぞれ支持され、前記本体部に対して前記支持部を回転させることで前記支持軸に対してそれぞれ異なる位置にて公転可能に配置された第一車輪および第二車輪と、前記第一車輪および第二車輪と前記支持部とを各車軸回りに相対的に回転する第一の回転アクチュエータと、前記支持部に対して前記本体部を前記支持軸回りに回転する第二の回転アクチュエータと、前記本体部の上部に設けられ、物体の搭載が可能な搭載部と、前記第一および第二の回転アクチュエータを駆動して階段を昇降させる制御装置と、を備える階段昇降機であって、前記制御装置は、前記階段の昇降中に前記搭載部の姿勢を制御する姿勢制御部が制御不能になった場合、前記第一および第二の回転アクチュエータを駆動し、前記物体を含む前記階段昇降機の重心が前記支持部中央よりも前記階段の壁面側に常に位置する状態を保って前記階段を昇降させる。

（請求項２）また、制御装置は、前記物体を含む前記搭載部の位置を固定した状態を保って前記階段を昇降させるようにしてもよい。

（請求項３）また、制御装置は、前記階段を昇る途中で前記搭載部の姿勢を制御する姿勢制御部が制御不能になった場合、前記第一および第二の回転アクチュエータを駆動し、前記物体を含む前記階段昇降機の重心が接地輪の車軸の鉛直線上もしくは当該鉛直線上よりも前記階段の壁面側に常に位置する状態を保ちつつ、前記本体部に対して前記支持部を前記支持軸回りに回転させることにより、前記第一車輪および第二車輪を前記階段のステップ面に交互に接地させて前記階段を昇るようにしてもよい。

（請求項４）また、制御装置は、前記階段を降りる途中で前記搭載部の姿勢を制御する姿勢制御部が制御不能になった場合、前記第一および第二の回転アクチュエータを駆動し、前記物体を含む前記階段昇降機の重心が前記支持部中央よりも前記階段の壁面側に常に位置する状態を保ちつつ、前記第一車輪および第二車輪を前記階段のステップ面にそれぞれ接地させた状態を保って前記第一車輪および第二車輪を回転させて前記階段を降りるようにしてもよい。

（請求項５）また、制御装置は、前記階段を降りるとき、前記第一車輪および第二車輪を前記階段のステップ面に接地させた状態を保つために、前記本体部に対する前記支持部の前記支持軸回りの回転を停止させるようにしてもよい。

（請求項６）また、前記階段昇降機は、前記本体部に対して前記搭載部を前記第一車輪側と前記第二車輪側との間で水平移動する移動アクチュエータ、を備え、前記制御装置は、前記階段の昇降中に前記搭載部の姿勢を制御する姿勢制御部が制御不能になった場合、前記第一、第二の回転アクチュエータおよび前記移動アクチュエータを駆動し、前記物体を含む階段昇降機の重心が前記支持部中央よりも前記階段の壁面側に常に位置する状態を保って前記階段を昇降させるようにしてもよい。

（請求項１）制御装置は、階段昇降機による階段の昇降中に搭載部の姿勢を制御する姿勢制御部が制御不能になった場合、物体を含む階段昇降機の重心が前記支持部中央よりも階段の壁面側に常に位置する状態を保って階段を昇降させている。これにより、階段を昇っているときには、昇る方向（前方）に物体を含む階段昇降機の重心が移動しているので、階段を安全に昇ることができる。一方、階段を降りているときには、降りる方向とは逆方向（後方）に物体を含む階段昇降機の重心が移動しているので、階段を安全に降りることができる。また、転倒防止機構を設ける必要がないので、階段昇降機の小型化を図ることができる。

（請求項２）物体を含む搭載部の位置が固定されているので、階段昇降を安全に行うことができる。

（請求項３）第一、第二の回転アクチュエータは、階段を昇っているとき姿勢制御部が制御不能になった場合、第一車輪および第二車輪を階段のステップ面に交互に接地させる前進方向の駆動しか行わないので、階段昇降機は、階段を安全に昇り切ることができる。

（請求項４）第一、第二の回転アクチュエータは、階段を降りているとき姿勢制御部が制御不能になった場合、第一車輪および第二車輪を階段のステップ面にそれぞれ接地させた状態を保って第一車輪および第二車輪を回転させているので、階段昇降機は、階段を安全に降り切ることができる。

（請求項５）第二の回転アクチュエータは、階段を降りているとき姿勢制御部が制御不能になった場合、本体部に対する支持部の支持軸回りの回転を停止させるので、第一車輪および第二車輪が階段のステップ面から浮き上がってしまうことを防止でき、階段昇降機は階段を確実に降りることができる。

（請求項６）移動アクチュエータは、本体部に対して搭載部を第一車輪側と第二車輪側との間で水平移動するようになっている。これにより、物体を含む階段昇降機の重心を階段の壁面側に移動させる制御を容易に行うことができる。

本発明の実施形態：階段昇降機を後方から見た図である。階段昇降機を右方から見た図である。階段昇降機を上方から見た図である。階段昇降機の第一、第二の回転アクチュエータを示す模式図である。図１の階段昇降機を構成する制御装置の機能ブロック図である。図５の切替部による切替処理を示すフローチャートである。階段昇降機による走行している状態であって、走行制御部による制御中の状態を示す図である。階段昇降機の前輪が階段の壁面に当接した状態を示す図であって、起立制御部による制御に切り替えるときの状態を示す図である。図７Ｂの状態から合成重心を前方に移動させている状態を示す図である。図７Ｃの次の状態であって、後輪が走行面から持ち上がって公転し始めた状態を示す図である。図７Ｄの次の状態であって、合成重心を中央に移動させ、公転輪が上死点に達した状態を示す図である。図７Ｅの次の状態であって、合成重心を後方に移動させ、公転輪が上段のステップ面に接地した状態を示す図である。図５のフェール制御部によるフェール制御処理を示すフローチャートである。図８Ｇの状態から合成重心を前方に移動させている状態である。階段昇降機が階段を昇っているときに姿勢制御不能になり、合成重心を前方に移動させている状態を示す図である。図９Ａの次の状態であって、後輪が走行面から持ち上がって公転し始めた状態を示す図である。図９Ｂの次の状態であって、公転輪が上死点に達した状態を示す図である。図９Ｃの次の状態であって、階段昇降機が階段を昇り切った状態を示す図である。階段昇降機が階段を降りているときに姿勢制御不能になり、合成重心を後方に移動させている状態を示す図である。図１０Ａの次の状態であって、階段を降りている状態を示す図である。図１０Ｂの次の状態であって、階段昇降機が階段を降り切った状態を示す図である。

（１．階段昇降機の構成）
本発明の実施形態に係る階段昇降機について、図１〜図４を参照して説明する。本実施形態の階段昇降機１は、人（本発明の「物体」に相当する）が搭乗可能な車椅子に適用する場合を説明するが、物（本発明の「物体」に相当する）を搭載して運搬する装置に適用することも可能である。なお、以下の説明において、「前方向」および「後方向」とは、階段昇降機１の走行方向を指し、「左方向」および「右方向」は、階段昇降機１を後方から見たときの走行方向に対し水平面上で直角な方向を指す。

図１〜図３に示すように、階段昇降機１は、本体部１０と、走行部２０と、搭載部３０等とを備えて構成される。本体部１０は、フレーム部材等により直方体状に形成され、本体部１０の下部には走行部２０が配置され、上部には搭載部３０が配置されている。
走行部２０は、本体部１０の左右両側のそれぞれに、一対の支持部２１と、一対の第一車輪２２および一対の第二車輪２３とを備えている。ここで、第一車輪２２と第二車輪２３は、進行方向前方に対して、前後逆転する場合がある。従って、以下において、前輪と称する場合は、進行方向前方に位置する車輪を意味し、後輪と称する場合には、進行方向後方に位置する車輪を意味する。

一対の支持部２１は、本体部１０の左右両側に配置され、前後方向に延びるような中空略直方体状に形成される。一対の支持部２１は、支持軸Ｃ_２１（図２に示す）の回りに、本体部１０を相対的に回転可能に支持する。
第一車輪２２および第二車輪２３は、支持部２１の両端（図２の紙面左右方向両端）に、車軸２２ａ，２３ａ（図２に示す）の回りに自転可能にそれぞれ支持されている。第一車輪２２および第二車輪２３の支持部２１に対する回転方向は、支持部２１に対する本体部１０の回転方向と同一方向である。すなわち、第一車輪２２の車軸２２ａおよび第二車輪２３の車軸２３ａは、支持軸Ｃ_２１に平行であることを意味する。つまり、第一車輪２２および第二車輪２３は、本体部１０に対して支持部２１を支持軸Ｃ_２１回りに回転する場合には、支持軸Ｃ_２１に対して公転することになる。

搭載部３０は、本体部１０の上部に載置固定された矩形板状の基台３１と、基台３１上に設けられ、人が搭乗可能な椅子３２を基台３１の上面に平行な前後方向に移動する移動アクチュエータ６０等とを備えている。移動アクチュエータ６０は、移動用モータ６１と、移動用減速機６２と、送りねじ部材６３と、ナット部材６４と、一対のガイドレール６５と、２組の一対のスライダ６６等とを備えている。

移動用モータ６１および移動用減速機６２は、基台３１上の後方向中央において図略のモータ軸および出力軸を前方向に向けて固定されている。そして、移動用モータ６１のモータ軸は、移動用減速機６２に連結され、移動用減速機６２の出力軸は、送りねじ部材６３の後方端に連結されている。送りねじ部材６３の前方端は、基台３１上の前方向中央に固定された軸受６７に嵌入されている。ナット部材６４は、送りねじ部材６３と螺合可能に椅子３２の下面中央に固定されている。一対のガイドレール６５は、基台３１上の送りねじ部材６３の両側において前後方向に延びるように互いに平行に配置されている。２組の一対のスライダ６６は、一対のガイドレール６５に沿ってそれぞれ摺動可能に椅子３２の下面四隅にそれぞれ固定されている。

図１および図２に示すように、本体部１０内の左右両側には、走行部２０の第一車輪２２および第二車輪２３と支持部２１とを各車軸２２ａ，２３ａ回りに相対的に回転する一対の第一の回転アクチュエータ４０が配置されている。第一の回転アクチュエータ４０は、第一のモータ４１と、第一の減速機４２と、ギヤトレイン４３等とを備えている。

図４に示すように、ギヤトレイン４３は、横並びに噛み合わされた５つのスパーギヤ４３ａを備え、支持部２１内に回転可能に支持されている。本体部１０に配置された第一のモータ４１のモータ軸４１ａは、本体部１０に配置された第一の減速機４２に連結されている。第一の減速機４２の出力軸４２ａは、支持部２１の中央部分に一体的に突設された中空軸２１ａ内に貫装されている。

ギヤトレイン４３の中央に配置されているスパーギヤ４３ａは、第一の減速機４２の出力軸４２ａに嵌合されている。ギヤトレイン４３の両端に配置されているスパーギヤ４３ａは、第一車輪２２の車軸２２ａおよび第二車輪２３の車軸２３ａにそれぞれ嵌合されている。支持部２１の中空軸２１ａは、本体部１０と支持部２１とが相対回転可能なように、図略の軸受を介して本体部１０の下部に貫装されている。

図１および図４に示すように、本体部１０内の左右両側の支持部２１と第一の回転アクチュエータ４０との間には、支持部２１に対して本体部１０を支持軸Ｃ_２１回りに回転させる一対の第二の回転アクチュエータ５０が配置されている。第二の回転アクチュエータ５０は、第二のモータ５１と、第二の減速機５２等とを備えている。本体部１０に配置された第二のモータ５１のモータ軸５１ａは、本体部１０に配置された第二の減速機５２に連結されている。第二の減速機５２の出力軸５２ａは、支持部２１の中空軸２１ａに連結されている。

さらに、図１〜図３に示すように、本体部１０内には、第一、第二の回転アクチュエータ４０，５０および移動アクチュエータ６０等の作動を制御する制御装置７０、第一、第二の回転アクチュエータ４０，５０および移動アクチュエータ６０等に電力を供給する駆動用バッテリ８０、および搭載部３０の水平状態を検知するジャイロセンサ９１、さらに図略のサーボアンプ、リレイ等の電装品が配置固定されている。また、搭載部３０の椅子３２とスライダ６６の間には、椅子３２に搭乗する人の重量を検知する４つの重量検知センサ９２が配置されている。

（２．制御装置の構成）
次に、制御装置７０の構成について、図５を参照して説明する。図５に示すように、制御装置７０は、姿勢制御フェール判定部７５と、切替部７１と、走行制御部７２と、起立制御部７３と、フェール制御部７４とを備える。
姿勢制御フェール判定部７５は、搭載部３０の姿勢を制御する姿勢制御部が制御不能、すなわちフェール状態になったこと、例えばジャイロセンサ９１に故障が発生したことを判定する。

切替部７１は、階段昇降機１の状態に応じて、走行制御部７２による制御、起立制御部７３による制御およびフェール制御部７４による制御を切り替える。切替部７１の処理の詳細は、後述する。
走行制御部７２、起立制御部７３およびフェール制御部７４については、ここでは簡単に説明するが、後に階段昇降機１の動作説明に合わせて詳細に説明する。

走行制御部７２は、第一車輪２２および第二車輪２３を走行面に接地した状態において階段昇降機１の走行を制御すると共に、支持部２１が走行面に対して回転しないとして搭載部３０の姿勢を制御する。
起立制御部７３は、前輪による起立状態において、階段昇降制御を行うと共に、前輪が位置決めされているとして搭載部３０の姿勢を制御する。つまり、起立制御部７３は、第一車輪２２および第二車輪２３の一方が、他方の車軸に対して公転輪となる状態を制御する。

フェール制御部７４は、搭載部３０の姿勢を制御する姿勢制御部がフェール状態になった場合に、階段昇降機１を制御する。フェール制御部７４は、階段昇降機１が階段を昇降しているときは、人を含む搭載部３０の椅子３２の重心が支持部２１の中央よりも階段の壁面側に常に位置する状態を保って階段を昇降させる。このとき、椅子３２の位置を固定した状態を保って階段を昇降させるようにしてもよい。より詳しくは、フェール制御部７４は、階段昇降機１が階段を昇っているときは、人を含む階段昇降機１の重心が接地輪の車軸の鉛直線上もしくは当該鉛直線上よりも階段の壁面側に常に位置する状態を保って階段を昇ぼらせる。また、階段昇降機１が階段を降りているときは、人を含む階段昇降機１の重心が支持部２１中央、すなわち支持軸Ｃ_２１よりも階段の壁面側に常に位置する状態を保って階段を降りさせる。フェール制御部７４は、階段昇降機１が平地を走行しているときは、現状を維持して走行を停止させる。

（３．切替部による処理と階段昇降機の動作）
次に、制御装置７０の切替部７１による処理と階段昇降機１による階段の昇降動作について、図６および図７Ａ〜図７Ｆを参照して説明する。ここでは、階段の水平な走行ステップ面Ｓｄ（「走行面」に相当）上に位置する階段昇降機１が、制御装置７０の制御により上段のステップ面Ｓｕ１，Ｓｕ２に昇る動作について説明する。なお、図７Ａ〜図７Ｆでは、階段昇降機１の本体部１０、走行部２０および搭載部３０を簡略化したスケルトンにて示している。

まず、図７Ａに示すように、階段昇降機１は、階段昇降機１と椅子３２に搭乗している図略の人との合成重心Ｇが支持軸Ｃ_２１の鉛直線Ｌｖ上に位置する走行姿勢で、図中の左側から右側に走行している。この状態では、切替部７１は、制御装置７０の走行制御部７２による制御を選択している。

詳細には、走行制御部７２は、階段昇降機１を走行させるために、支持部２１が走行面Ｓｄに対して回転しないものとして、第一のモータ４１を制御することで、第一車輪２２および第二車輪２３を前進方向（図７Ａの時計回り）に回転させる。そうすると、第一車輪２２および第二車輪２３は、走行面Ｓｄに対して前進方向に回転することになり、階段昇降機１が前進する。

さらに、走行制御部７２は、本体部１０および搭載部３０の姿勢をジャイロセンサ９１からの検出信号に基づいて制御する。すなわち、走行制御部７２は、合成重心Ｇを支持軸Ｃ_２１の鉛直線Ｌｖ上に位置させるように、ジャイロセンサ９１からの検出信号に基づいて移動用モータ６１を制御する。ここで、合成重心Ｇは、予め把握している椅子３２を除く階段昇降機１自体の重心と、人および椅子３２の重心とを合成したものである。人の重心は、重量検知センサ９２の検出値から算出することができる。つまり、走行制御部７２は、重量検知センサ９２の検出値に基づいて合成重心Ｇを算出する。なお、図７Ａにおいては、本体部１０が鉛直状態となり、搭載部３０の人が搭乗した椅子（以下、単に「椅子」という）３２が基台３１の略中央に位置しているときに、合成重心Ｇが支持軸Ｃ_２１の鉛直線上に位置するとしている。

ここで、図６を参照して、切替部７１の処理の一部について説明する。切替処理は、姿勢制御フェール判定部７５により搭載部３０の姿勢を制御する制御部がフェール状態になったか否かを判定する（Ｓ１）。姿勢制御フェール判定部７５により搭載部３０の姿勢を制御する制御部がフェール状態になったと判定された場合には（Ｓ１：Ｙ）、フェール制御部７４に切り替える（Ｓ２０）。なお、このフェール制御部７４の処理については後述する。

一方、姿勢制御フェール判定部７５により搭載部３０の姿勢を制御する制御部がフェール状態になっていないと判定された場合には（Ｓ１：Ｎ）、走行制御部７２により制御中であるか否かを判定する（Ｓ２）。走行制御部７２により制御中である場合には（Ｓ２：Ｙ）、続いて、前輪が階段の壁面Ｓｗ１に当接したか否かを判定する（Ｓ３）。そして、前輪が壁面Ｓｗ１に当接していなければ（Ｓ３：Ｎ）、走行制御部７２による制御を継続する（Ｓ４）。つまり、図７Ａの状態を継続する。

一方、前輪が壁面Ｓｗ１に当接した場合には（Ｓ３：Ｙ）、起立制御部７３による制御に切り替える（Ｓ５）。つまり、図７Ａに示す走行状態から階段昇降機１を前進させると、図７Ｂに示すように、第一車輪２２が階段の壁面Ｓｗ１に当接する。そうすると、図６のＳ３，Ｓ５に示すように、切替部７１は、起立制御部７３に切り替える。

ここで、第一車輪２２が階段の壁面Ｓｗ１に当接したことは、例えば、第一車輪２２の車軸２２ａに備えられている圧力センサや本体部１０に備えられた赤外線等による段差検出センサ等によって検知できる。その他には、車速センサによって検知することもでき、第一のモータ４１への指令値と第一のモータ４１の回転角度との違いから検知することもできる。

次に、起立制御部７３による制御について、図７Ｃ〜図７Ｆを参照して説明する。起立制御部７３は、前輪である第一車輪２２による起立状態において階段昇降制御を行うと共に、第一車輪２２が走行面Ｓｄと壁面Ｓｗ１とによって位置決めされて回転しないものとして、本体部１０および搭載部３０の姿勢をジャイロセンサ９１からの検出信号に基づいて制御する。

まずは、起立制御部７３は、図７Ｃに示すように、移動用モータ６１を制御して椅子３２を前方へ移動させつつ、ジャイロセンサ９１からの検出信号に基づいて第二のモータ５１を制御して本体部１０が鉛直状態を維持するようにする。つまり、第二のモータ５１は、本体部１０に対して支持部２１を反時計回りへ回転させる。このとき、合成重心Ｇは、前輪の車軸（図７Ｃにおいて第一車輪２２の車軸２２ａ）の鉛直線Ｌ上に位置する。

そうすると、図７Ｄに示すように、椅子３２の重心移動によって、前方に位置する第一車輪２２の車軸２２ａ回りに、支持部２１を回転させる状態になる。つまり、後方に位置する第二車輪２３が走行面Ｓｄから持ち上がる状態（起立状態）に移行する。そして、第二車輪２３が、第一車輪２２の車軸２２ａを中心に公転する。

このとき、起立制御部７３は、前輪（図７Ｄにおいて第一車輪２２）が位置決めされているとして、第一および第二のモータ４１，５１および移動用モータ６１を制御する。具体的には、第一のモータ４１を時計回りに回転させる。第一のモータ４１の回転角度およびジャイロセンサ９１からの検出信号に基づいて、合成重心Ｇが第一車輪２２の車軸２２ａの鉛直線Ｌ上に位置するように、かつ、本体部１０が鉛直状態を維持するように、第二のモータ５１および移動モータ６１を制御する。つまり、第二のモータ５１を反時計回りに回転させ、移動用モータ６１で椅子３２を後方へ移動させる。

続いて、起立制御部７３による制御を継続すると、図７Ｅに示すように、公転輪である第二車輪２３が上死点に位置する状態となる。さらに続けて制御すると、図７Ｆに示すように、公転輪である第二車輪２３が上段のステップ面Ｓｕ１に接地する。ここで、公転輪である第二車輪２３が上段のステップ面Ｓｕ１に接地したことは、上述したように、前輪の第一車輪２２が階段の壁面Ｓｗ１に当接したことを検知したときと同様の方法により検知することができる。このとき、合成重心Ｇは、後輪の車軸（図７Ｆにおいて第一車輪２２の車軸２２ａ）の鉛直線Ｌ上に位置する。

ここで、図６を参照して再び、切替部７１の処理の一部について説明する。切替部７１は、起立制御部７３による制御中には、以下のように処理する。図６に示すように、走行制御部７２により制御中でない場合（Ｓ２：Ｎ）およびＳ４，Ｓ５の処理の後には、起立制御部７３により制御中であるか否かを判定する（Ｓ１１）。起立制御部７３により制御中である場合には（Ｓ１１：Ｙ）、図７Ｃ〜図７Ｆに示すように、公転輪が次のステップ面Ｓｕ１に接地したか否かを判定する（Ｓ１２）。

公転輪が次のステップ面Ｓｕ１にまだ接地していない場合には（Ｓ１２：Ｎ）、起立制御部７３による制御を継続する（Ｓ１３）。一方、公転輪が次のステップ面Ｓｕ１に接地した場合には（Ｓ１２：Ｙ）、階段を昇降途中であるか否かを判定する（Ｓ１４）。昇降途中の場合には（Ｓ１４：Ｙ）、起立制御部７３による制御を継続する（Ｓ１３）。一方、階段の昇降を終了しているのであれば（Ｓ１４：Ｎ）、走行制御部７２による制御に切り替える（Ｓ１５）。

（４．フェール制御部による処理と階段昇降機の動作）
次に、制御装置７０のフェール制御部７４による処理と階段昇降機１による階段の昇降動作について、図８および図９Ａ〜図９Ｄ、図１０Ａ〜図１０Ｃを参照して説明する。ここでは、階段昇降機１が、昇降途中で搭載部３０の姿勢を制御する姿勢制御部がフェール状態になった場合に、制御装置７０の制御により階段を昇り切る動作および降り切る動作について説明する。

ここで、図８を参照して、フェール制御部７４の処理の一部について説明する。フェール制御は、姿勢制御部がフェール状態になった動作終了時のモード、すなわち、４輪接地モード、階段昇りモード、階段降りモードの何れであるかを判断する（Ｓ２１）。４輪接地モードであるとき（図７Ａ参照）は、第一および第二車輪２２，２３の回転を停止し、支持部２１の現状の位置、すなわち支持部２１と走行面Ｓｄとのなす角度が０°又は１８０°の位置を保持し、搭載部３０の現状の位置、すなわち椅子３２の重心が支持軸Ｃ_２１の鉛直線Ｌｖ上の位置を保持して（Ｓ２２）、フェール制御を停止する。

次に、フェール制御部７４による階段昇りモードの制御について、図９Ａ〜図９Ｄを参照して説明する。フェール制御部７４は、図９Ａに示すように、階段を昇る途中で搭載部３０の姿勢を制御する姿勢制御部がフェール状態になった場合、移動用モータ６１を制御して椅子３２を前方へ移動させつつ、第二のモータ５１を制御して本体部１０が鉛直状態を維持するようにする。つまり、第二のモータ５１は、本体部１０に対して支持部２１を時計回りへ回転させる。このとき、フェール制御部７４は、第二のモータ５１の回転角度に基づいて、第二のモータ５１を制御する。そして、移動用モータ６１を停止させて椅子３２を前方端に移動させた状態にする。このとき、合成重心Ｇは、前輪の車軸（図９Ａにおいて第一車輪２２の車軸２２ａ）の鉛直線Ｌｆ上に位置するとする。

そうすると、図９Ｂに示すように、椅子３２の重心移動によって、前方に位置する第一車輪２２の車軸２２ａ回りに、支持部２１を回転させる状態になる。つまり、後方に位置する第二車輪２３が走行面Ｓｄから持ち上がる状態（起立状態）に移行する。そして、第二車輪２３が、第一車輪２２の車軸２２ａを中心に公転する。

このとき、フェール制御部７４は、前輪（図９Ｂにおいて第一車輪２２）が位置決めされているとして、第一、第二のモータ４１，５１および移動用モータ６１を制御する。具体的には、椅子３２を前方端に移動させた状態を保ちつつ、第一のモータ４１を時計回りに回転させる。第一のモータ４１の回転角度に応じて、本体部１０が鉛直状態を維持するように、第二のモータ５１を制御する。つまり、第二のモータ５１を反時計回りに回転させる。このとき、合成重心Ｇは、前輪の車軸（図９Ｂにおいて第一車輪２２の車軸２２ａ）の鉛直線Ｌｆ上の位置、すなわち前方側の位置に維持される。

続いて、フェール制御部７４による制御を継続すると、図９Ｃに示すように、椅子３２を前方端に移動させた状態を保ちつつ、公転輪である第二車輪２３が上死点に位置する状態となる。このとき、合成重心Ｇは、図９Ｂで示す位置、すなわち前方側の位置に維持される。

さらに続けて制御すると、図９Ｄに示すように、第一車輪２２および第二車輪２３が最上段のステップ面Ｓｕ２に接地する。このとき、合成重心Ｇは、図９Ｂで示す位置、すなわち前方側の位置に維持される。このように、階段昇降機１は、階段を昇っている途中で搭載部３０の姿勢を制御する姿勢制御部がフェール状態になっても、第一、第二のモータ４１，５１および移動モータ６１により第一車輪２２および第二車輪２３を階段のステップ面に交互に接地させる前進方向の駆動しか行わないので、階段を安全に昇り切ることができる。

ここで、図８を参照して再び、フェール制御部７４の処理の一部について説明する。フェール制御部７４は、Ｓ２１において階段昇りモードであるときは、搭載部３０の椅子３２を前進端（図９Ａの階段の壁面Ｓｗ２側の端部）に移動し、第一、第二車輪２２，２３および支持部２１を正転（図９Ａの時計回り）で回転する（Ｓ２３）。

そして、フェール制御部７４は、階段昇降機１が階段を昇り切って第一および第二車輪２２，２３が最上段のステップ面に接地したか否かを判断する。すなわち、支持部２１と走行ステップ面とのなす角度が０°又は１８０°であって、支持部２１に荷重が掛からず第二のモータ５１の電流値が最小値であるか否かを判断する（Ｓ２４）。

支持部２１の角度および第二のモータ５１の電流値で判断する理由は以下の通りである。階段を昇っている途中でも支持部２１の角度が０°又は１８０°である場合があるが、支持部２１に荷重が掛かっているため、第二のモータ５１の電流値は大きくなるからである。また、階段を昇っている途中でも第一車輪２２および第二車輪２３が接地状態のときは、支持部２１に荷重が掛からず、第二のモータ５１の電流値が最小値である場合があるが、支持部２１の角度が０°又は１８０°でないからである。

第一車輪２２および第二車輪２３が最上段のステップ面に接地していない場合は（Ｓ２４：Ｎ）、Ｓ２３に戻って上述の処理を繰り返し、第一車輪２２および第二車輪２３が最上段のステップ面に接地した場合は（Ｓ２４：Ｙ）、第一および第二車輪２２，２３の回転を停止し、支持部２１の現状の位置、すなわち支持部２１と走行ステップ面とのなす角度が０°又は１８０°の位置を保持し、搭載部３０の現状の位置、すなわち椅子３２を前進端の位置に保持して（Ｓ２５）、フェール制御を停止する。

次に、フェール制御部７４による階段降りモードの制御について、図１０Ａ〜図１０Ｃを参照して説明する。フェール制御部７４は、図１０Ａに示すように、階段を降りる途中で搭載部３０の姿勢を制御する姿勢制御部がフェール状態になった場合、移動用モータ６１を制御して椅子３２を後方へ移動させつつ、第二のモータ５１を制御して本体部１０が鉛直状態を維持するようにする。つまり、第二のモータ５１は、本体部１０に対して支持部２１を時計回りへ回転させる。このとき、フェール制御部７４は、第二のモータ５１の回転角度に基づいて、第二のモータ５１を制御する。

そして、移動用モータ６１を停止させて椅子３２を後方端に移動させた状態にするとともに、第二のモータ５１を停止させて第一および第二車輪２２，２３を上段および下段のステップ面Ｓｕ１，Ｓｕ０にそれぞれ接触した状態、すなわち支持部２１を階段の傾斜角に回転させた状態にする。このとき、合成重心Ｇは、後輪の車軸（図１０Ａにおいて第二車輪２３の車軸２３ａ）の鉛直線Ｌｂ上に位置するとする。

続いて、フェール制御部７４は、図１０Ｂに示すように、移動用モータ６１および第二のモータ５１を停止させたままで、第一のモータ４１を制御する。具体的には、椅子３２を後方端に移動させた状態を保つとともに、支持部２１を階段の傾斜角に回転させた状態を保ちつつ、第一車輪２２および第２車輪２３を時計回りに回転させる。これにより、第一車輪２２および第二車輪２３が階段のステップ面から浮き上がってしまうことを防止でき、階段昇降機１は階段を確実に降りることができる。このとき、合成重心Ｇは、後輪の車軸（図１０Ａにおいて第二車輪２３の車軸２３ａ）の鉛直線Ｌｂ上の位置、すなわち後方側の位置に維持される。

さらに続けて制御すると、図１０Ｃに示すように、第一車輪２２および第二車輪２３が最下段の走行面Ｓｄに接地する。このとき、合成重心Ｇは、後輪の車軸（図１０Ａにおいて第二車輪２３の車軸２３ａ）の鉛直線Ｌｂ上の位置、すなわち後方側の位置に維持される。このように、階段昇降機１は、階段を降りている途中で搭載部３０の姿勢を制御する姿勢制御部がフェール状態になっても、第一のモータ４１および第二のモータ５１により第一車輪２２および第二車輪２３を階段のステップ面にそれぞれ接地させた状態を保って第一車輪２２および第二車輪２３を回転させているので、階段を安全に降り切ることができる。

ここで、図８を参照して再び、フェール制御部７４の処理の一部について説明する。フェール制御部７４は、Ｓ２１において階段降りモードであるときは、搭載部３０の椅子３２を後進端（図１０Ａの階段壁面側端部）に移動し、支持部２１の位置を階段の傾斜角で保持し、第一および第二車輪２２，２３を正転（図１０Ａの時計回り）で回転する（Ｓ２６）。

そして、フェール制御部７４は、階段昇降機１が階段を降り切って第一車輪２２および第二車輪２３が最下段のステップ面に接地したか否かを判断する。すなわち、支持部２１と走行ステップ面とのなす角度が０°又は１８０°であって、支持部２１に荷重が掛からず第二のモータ５１の電流値が最小値であるか否かを判断する（Ｓ２７）。

第一車輪２２および第二車輪２３が最下段のステップ面に接地していない場合は（Ｓ２７：Ｎ）、Ｓ２６に戻って上述の処理を繰り返し、第一車輪２２および第二車輪２３が最下段のステップ面に接地した場合は（Ｓ２７：Ｙ）、第一および第二車輪２２，２３の回転を停止し、支持部２１の現状の位置、すなわち支持部２１と走行ステップ面とのなす角度が０°又は１８０°の位置を保持し、搭載部３０の現状の位置、すなわち椅子３２を後進端の位置に保持して（Ｓ２８）、フェール制御を停止する。

以上のように、本実施形態の階段昇降機１によれば、階段の昇降中に搭載部３０の姿勢を制御する姿勢制御部がフェール状態になった場合、搭乗している人を含む階段昇降機１の合成重心Ｇが支持部２１の支持軸Ｃ_２１よりも階段の壁面側に常に位置する状態を保って階段を昇降させている。これにより、階段を昇っているときには、昇る方向（前方）に合成重心Ｇが移動しているので、階段を安全に昇ることができる。一方、階段を降りているときには、降りる方向とは逆方向（後方）に合成重心Ｇが移動しているので、階段を安全に降りることができる。

なお、上記実施形態において、搭載部３０を水平移動させる移動アクチュエータ６０を備えた構成の階段昇降機１について説明したが、移動アクチュエータ６０の代わりに搭載部を本体部に設けた回転軸を中心に前後方向に回転させる回転アクチュエータを備えた構成の階段昇降機に対しても本発明を同様に適用可能である。

１：階段昇降機、１０：本体部、２１：支持部、２２：第一車輪、２３：第二車輪、２２ａ，２３ａ：車軸、３０：搭載部、４０，５０：回転アクチュエータ、６０：移動アクチュエータ、７０：制御装置、７１：切替部、７２：走行制御部、７３：起立制御部、７４：フェール制御部、７５：姿勢制御フェール判定部、Ｇ：合成重心

Claims

本体部と、
前記本体部の下部に配置され、前記本体部を支持軸回りに回転可能に支持する支持部と、
前記支持部において前記支持軸に平行な車軸回りに自転可能にそれぞれ支持され、前記本体部に対して前記支持部を回転させることで前記支持軸に対してそれぞれ異なる位置にて公転可能に配置された第一車輪および第二車輪と、
前記第一車輪および第二車輪と前記支持部とを各車軸回りに相対的に回転する第一の回転アクチュエータと、
前記支持部に対して前記本体部を前記支持軸回りに回転する第二の回転アクチュエータと、
前記本体部の上部に設けられ、物体の搭載が可能な搭載部と、
前記第一および第二の回転アクチュエータを駆動して階段を昇降させる制御装置と、
を備える階段昇降機であって、
前記制御装置は、
前記階段の昇降中に前記搭載部の姿勢を制御する姿勢制御部が制御不能になった場合、前記第一および第二の回転アクチュエータを駆動し、前記物体を含む前記階段昇降機の重心が前記支持部中央よりも前記階段の壁面側に常に位置する状態を保って前記階段を昇降させる、階段昇降機。
前記制御装置は、前記物体を含む前記搭載部の位置を固定した状態を保って前記階段を昇降させる、請求項１の階段昇降機。
前記制御装置は、前記階段を昇る途中で前記搭載部の姿勢を制御する姿勢制御部が制御不能になった場合、前記第一および第二の回転アクチュエータを駆動し、前記物体を含む前記階段昇降機の重心が接地輪の車軸の鉛直線上もしくは当該鉛直線上よりも前記階段の壁面側に常に位置する状態を保ちつつ、前記本体部に対して前記支持部を前記支持軸回りに回転させることにより、前記第一車輪および第二車輪を前記階段のステップ面に交互に接地させて前記階段を昇る、請求項１又は２の階段昇降機。
前記制御装置は、前記階段を降りる途中で前記搭載部の姿勢を制御する姿勢制御部が制御不能になった場合、前記第一および第二の回転アクチュエータを駆動し、前記物体を含む前記階段昇降機の重心が前記支持部中央よりも前記階段の壁面側に常に位置する状態を保ちつつ、前記第一車輪および第二車輪を前記階段のステップ面にそれぞれ接地させた状態を保って前記第一車輪および第二車輪を回転させて前記階段を降りる、請求項１から３の何れか一項の階段昇降機。
前記制御装置は、前記階段を降りるとき、前記第一車輪および第二車輪を前記階段のステップ面に接地させた状態を保つために、前記本体部に対する前記支持部の前記支持軸回りの回転を停止させる、請求項４の階段昇降機。
前記階段昇降機は、
前記本体部に対して前記搭載部を前記第一車輪側と前記第二車輪側との間で水平移動する移動アクチュエータ、を備え、
前記制御装置は、
前記階段の昇降中に前記搭載部の姿勢を制御する姿勢制御部が制御不能になった場合、前記第一、第二の回転アクチュエータおよび前記移動アクチュエータを駆動し、前記物体を含む階段昇降機の重心が前記支持部中央よりも前記階段の壁面側に常に位置する状態を保って前記階段を昇降させる、請求項１〜５の何れか一項の階段昇降機。