JP6455112B2 - 電動アシスト機能付き足漕ぎ式車椅子 - Google Patents
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Description
そして,本発明者らは,上記知見に基づけば,従来発明の問題を解決できることに想到し,本発明を完成させた。具体的に説明すると,本発明は以下の構成を有する。
本発明の足漕ぎ式車椅子は,足漕ぎ用のペダル10と,電動モータ20と,左右一対の駆動車輪30,40と,足漕ぎ式車椅子の進行方向を操舵する少なくとも1つの操舵車輪50と,を備えている。
そして,一対の駆動車輪30,40の一方には,ペダル10を介して,人による踏力が伝達される。また,一対の駆動車輪30,40の他方には,電動モータ20による駆動力が伝達される。より明確にいうと,ペダル10を介した人による踏力と電動モータ20による駆動力のうち,一対の駆動車輪30,40の一方には,人による踏力のみが伝達され,一対の駆動車輪30,40の一方には,電動モータ20による駆動力のみが伝達されることが好ましい。
ここで,制御装置60は,演算部61と,判断部62と,並進運動オブザーバ63と,回転運動オブザーバ64と,を含むことが好ましい。
演算部61は,足漕ぎ車椅子の旋回半径(ρ)を算出する。
判断部62は,演算部61により算出された旋回半径(ρ)が,所定の閾値以上であるか否かを判断する。
並進運動オブザーバ63は,判断部62による判断の結果,旋回半径(ρ)(絶対値)が所定の閾値以上である場合に,並進アルゴリズムに基づいて,電動モータ20による駆動力(fm)を決定する。
回転運動オブザーバ64は,判断部62による判断の結果,旋回半径(ρ)(絶対値)が所定の閾値未満である場合,並進アルゴリズムとは異なる回転アルゴリズムに基づいて,電動モータ20による駆動力(fm)を決定する。
第1のエンコーダ81は,一対の駆動車輪30,40の一方の動作(回転方向,回転数,回転速度など)を検出する。
第2のエンコーダ82は,一対の駆動車輪30,40の他方又は電動モータ20の動作(回転方向,回転数,回転速度など)を検出する。
第3のエンコーダ83は,操舵車輪50の動作(操舵角度,回転方向,回転数,回転速度など)を検出する。
トルクセンサ84は,人による踏力を検出する。
この場合に,制御装置60は,第1のエンコーダ81,第2のエンコーダ82,第3のエンコーダ83,及びトルクセンサ84によって検出された情報に基づいて,電動モータ20による駆動力(fm)を制御することが好ましい。
なお,「踏力」とは,人がペダルを踏むことによって得られる駆動力を意味している。
図1に示されるように,足漕ぎ式車椅子100は,ペダル10と,電動モータ20と,ペダル車輪30と,モータ車輪40と,操舵車輪50とを備えている。また,これらの構成要素10,20,30,40,50は,メインフレーム70に備え付けられることで,一台の足漕ぎ式車椅子100を構成している。
ペダル10は,利用者の踏む力を,駆動力(踏力)に変換して,ペダル車輪30を回転させるための機構である。ペダル10は,クランク11と,クランク11の左右両端に取り付けられた足置き部12とを有する。また,クランク11の回転軸には,チェーン13の一部が巻き掛けられている。また,チェーン13の他部は,シャフト14に巻き掛けられている。さらに,このシャフト14は,ペダル車輪30の回転中心に設けられた軸受け(図示省略)に嵌合している。このため,利用者が,左右の足置き部12を交互に踏んでクランク11を回転させると,チェーン13を介して,シャフト14が回転する。これにより,ペダル車輪30は,シャフト14を回転軸として回転する。このとき,人がペダルを踏むことによって得られる駆動力が踏力(fh)となる。ペダル車輪30は,踏力(fh)に応じた回転力を得て,足漕ぎ式車椅子100を前方又は後方に向かって進行させる。
また,操舵角(θ),旋回半径(ρ),及び操舵輪と駆動輪の距離(L)の幾何学的関係から,式iiと表せる。
式iと式iiの関係から,式iiiとなる。
ここで,車椅子の速度(vc)を左右の車輪の速度で表すと,式ivとなる。
また,車椅子の角速度(ωc)を左右の車輪の速度とトレッド幅(l)で表すと,式vとなる。
式ivと式vを式iiiに代入すると,式viとなる。
これを変形すると,式viiとなる。
よって,以下の式viiiから式xの関係を導くことができる。
従って,ペダル車輪30の速度(νh)とモータ車輪40の速度(νm)の比率は,下記の式(8)のように表すことができる。
12…足置き部 13…チェーン
14…シャフト 20…電動モータ
21…シャフト 30…ペダル車輪(駆動車輪)
40…モータ車輪(駆動車輪) 50…操舵車輪
51…支持フレーム 52…操舵軸
60…制御装置 61…演算部
62…判断部 63…並進運動オブザーバ
64…回転運動オブザーバ 65…速度制御部
70…メインフレーム 80…入出力機器
81…第1のエンコーダ 82…第2のエンコーダ
83…第3のエンコーダ 84…トルクセンサ
85…カウンタ 86…A/D変換器
87…D/A変換器 88…モータドライバ
100…足漕ぎ式車椅子
Claims (4)
- 電動アシスト機能付きの足漕ぎ式車椅子であって,
足漕ぎ用のペダル(10)と,
電動モータ(20)と,
左右一対の駆動車輪(30,40)と,
前記足漕ぎ式車椅子の進行方向を操舵する少なくとも1つの操舵車輪(50)と,
前記電動モータ(20)による駆動力(f m )を制御するための制御装置(60)と,を備え,
前記一対の駆動車輪(30,40)の一方には,前記ペダル(10)を介して,人による踏力が伝達され,
前記一対の駆動車輪(30,40)の他方には,前記電動モータ(20)による駆動力が伝達され,
前記制御装置(60)は,
前記足漕ぎ車椅子の旋回半径(ρ)を算出する演算部(61)と,
前記旋回半径(ρ)が所定の閾値以上であるか否かを判断する判断部(62)と,
前記旋回半径(ρ)が前記閾値以上である場合に,並進アルゴリズムに基づいて,前記電動モータ(20)による駆動力(f m )を決定する並進運動オブザーバ(63)と,
前記旋回半径(ρ)が前記閾値未満である場合,前記並進アルゴリズムとは異なる回転アルゴリズムに基づいて,前記電動モータ(20)による駆動力(f m )を決定する回転運動オブザーバ(64)と,を有する
足漕ぎ式車椅子。 - 前記一対の駆動車輪(30,40)のトレッド幅を“l”とした場合に,
前記閾値は,l/2±50%の範囲から選択された値である
請求項1に記載の足漕ぎ式車椅子。 - 前記一対の駆動車輪(30,40)の一方の動作を検出するための第1のエンコーダ(81)と,
前記一対の駆動車輪(30,40)の他方又は前記電動モータ(20)の動作を検出するための第2のエンコーダ(82)と,
前記操舵車輪(50)の動作を検出するための第3のエンコーダ(83)と,
前記人による踏力を検出するためのトルクセンサ(84)と,をさらに備え,
前記制御装置(60)は,前記第1のエンコーダ(81),第2のエンコーダ(82),第3のエンコーダ(83),及び前記トルクセンサ(84)によって検出された情報に基づいて,前記電動モータ(20)による駆動力(fm)を制御する
請求項1又は請求項2に記載の足漕ぎ式車椅子。 - 前記一対の駆動車輪(30,40)は,回転軸を共有しており,
前記ペダル(10)の回転軸は,前記一対の駆動車輪(30,40)の回転軸よりも前方に位置し,
前記操舵車輪(50)の回転軸は,前記一対の駆動車輪(30,40)の回転軸よりも後方に位置する
請求項1から請求項3のいずれかに記載の足漕ぎ式車椅子。
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