特開 2024-125835 電動車椅子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024125835

(43)【公開日】2024-09-19

(54)【発明の名称】電動車椅子

(51)【国際特許分類】

   A61G 5/06 20060101AFI20240911BHJP

   A61G 5/04 20130101ALI20240911BHJP

【ＦＩ】

A61G5/06

A61G5/04 701

A61G5/04 707

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023033926

(22)【出願日】2023-03-06

(71)【出願人】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】茂木 陽太郎

(72)【発明者】

【氏名】川崎 宏治

(72)【発明者】

【氏名】仙波 快之

(57)【要約】

【課題】従来よりも高い段差を上ることができる電動車椅子を提供する。
【解決手段】本明細書が開示する電動車椅子は、椅子と、椅子の両側に配置されておりモータで駆動される主輪と、前支持棒と、後支持棒と、コントローラを備える。前支持棒は、椅子の前方へ延びており、アクチュエータによって前端部が上下に揺動する。後支持棒は、椅子の後方へ延びており、アクチュエータによって後端部が上下に揺動する。コントローラは、前方に上りの段差がある場合、次のシーケンスで前支持棒と後支持棒と主輪を制御する。（１）後端部を持ち上げて椅子を後傾させるとともに前端部を段差よりも高く持ち上げる。（２）前端部が段差の上に位置するように主輪で前進する。（３）後端部を下げて主輪を持ち上げるとともに、椅子の後傾を元に戻す。（４）主輪が段差の側面に当接するまで前端部を上げる。（５）主輪を正回転させて椅子を段差の上へ移動させる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

椅子と、
前記椅子の両側に配置されており、モータで駆動される主輪と、
前記椅子の前方へ延びており、前端部が上下に揺動する前支持棒と、
前記椅子の後方へ延びており、後端部が上下に揺動する後支持棒と、
前記前支持棒と前記後支持棒と前記主輪を制御するコントローラと、
を備えており、
前記コントローラは、前方に上りの段差がある場合、前記前支持棒と前記後支持棒と前記主輪を制御して、
（１）前記後端部を上げて前記椅子を後傾させるとともに前記前端部を前記段差よりも高く上げ、
（２）前記前端部が前記段差の上に位置するように前記主輪で前進し、
（３）前記後端部を下げて主輪を持ち上げるとともに、前記椅子の前記後傾を元に戻し、
（４）前記主輪が前記段差の側面に当接するまで前記前端部を上げ、
（５）前記主輪を正回転させて前記椅子を前記段差の上へ移動させる、
電動車椅子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書が開示する技術は、電動車椅子に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１の電動車椅子は、段差を上ることができる。特許文献１の電動車椅子は、椅子の両側に配置されている主輪と、椅子から後方へ延びている支持棒を備える。主輪はモータで駆動される。支持棒の後端部がアクチュエータによって上下に揺動する。この電動車椅子は、支持棒の後端部を床（階段）に接地させて椅子の後方回転を防ぎつつ、主輪の駆動力で段差を上ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－９５２７７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１では、段差の高さが高すぎると段差を上ることができない。本明細書は、従来の電動車椅子が上ることができる最大高さよりも高い段差を上ることができる電動車椅子を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書が開示する電動車椅子は、椅子と、椅子の両側に配置されている主輪と、前支持棒と、後支持棒と、コントローラを備える。主輪はモータで駆動される。前支持棒は、椅子の前方へ延びており、アクチュエータによって前端部が上下に揺動する。後支持棒は、椅子の後方へ延びており、アクチュエータによって後端部が上下に揺動する。コントローラは、前方に上りの段差がある場合、次のシーケンスで前支持棒と後支持棒と主輪を制御する。（１）後端部を上げて椅子を後傾させるとともに前端部を段差よりも高く上げる。（２）前端部が段差の上に位置するように主輪で前進する。（３）後端部を下げて主輪を持ち上げるとともに、椅子の後傾を元に戻す。（４）主輪が段差の側面に当接するまで前端部を上げる。（５）主輪を正回転させて椅子を段差の上へ移動させる。なお、「正回転」とは、前進する側の回転を意味する。

【0006】

本明細書が開示する電動車椅子では、（４）の動作で主輪が段差に接したとき、主輪は段差手前の床から（例えば）Ｈだけ浮き上がっている。従来の電動車椅子が上れる段差の最大高さがＳの場合、本明細書が開示する電動車椅子は、（Ｓ＋Ｈ）の高さの段差を上ることができる。

【0007】

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施例の電動車椅子の側面図である（段差を上る前）。

【図2】実施例の電動車椅子の側面図である（シーケンス（１）：椅子を後傾させつつ前端部を上げる）。

【図3】実施例の電動車椅子の側面図である。図３（Ａ）は、シーケンス（２）の図であり、図３（Ｂ）はシーケンス（３）の図であり、図３（Ｃ）はシーケンス（４）の図である。

【図4】実施例の電動車椅子の側面図である（シーケンス（５）：さらに前進）。

【図5】段差に上るときの主輪と段差の関係を説明する図である。

【図6】高さＳの段差に上る場合に主輪を持ち上げるべき高さＨの条件を説明する図である。

【図7】段差の高さを計測するセンサの一例の図である。

【図8】段差の高さを計測するセンサの別の例の図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図面を参照しつつ実施例の電動車椅子を説明する。図１に実施例の電動車椅子１０の側面図を示す。実施例の電動車椅子１０は、椅子１１、主輪１２、モータ１３を備える。主輪１２は、椅子１１の両側に配置されており、モータ１３で駆動される。なお、図１（および以降の図）では、電動車椅子１０の構造がよくわかるように、主輪１２は破線で描いてあり、主輪１２の奥側に位置するデバイス（本来は主輪１２に隠れて見えないデバイス）を実線で描いてある。

【0010】

電動車椅子１０は、ほかに、前支持棒１４、後支持棒１５、アクチュエータ１６、１７を備えている。前支持棒１４は、椅子１１の前方へ延びている。前支持棒１４の後端はピボット１８に揺動可能に支持されている。椅子１１と前支持棒１４との間にはアクチュエータ１６が取り付けられている。アクチュエータ１６は直動型であり、伸縮すると、前支持棒１４の前端部１４ａが上下に揺動する。

【0011】

後支持棒１５は椅子１１の後方へ延びている。後支持棒１５の前端はピボット１８に揺動可能に支持されている。椅子１１と後支持棒１５との間にはアクチュエータ１７が取り付けられている。アクチュエータ１７は直動型であり、伸縮すると、後支持棒１５の後端部１５ａが上下に揺動する。ピボット１８は、主輪１２の軸１２ａよりも後ろであって、軸１２ａよりも下側に位置する。別言すれば、ピボット１８は軸１２ａの後下方に位置する。

【0012】

後支持棒１５の後端部１５ａは、そりの形状を有している。後端部１５ａは、床Ｆに接する。後端部１５ａを上下に動かすことで、椅子１１の傾斜角（軸１２ａを中心とした椅子１１の回転角）を変えることができる。

【0013】

モータ１３とアクチュエータ１６、１７は、コントローラ２０によって制御される。コントローラ２０は、椅子１１に内蔵されている。また、各種センサ２１も椅子１１に取り付けられている。センサ２１には、電動車椅子１０の速度を計測する車速センサ、椅子１１の傾斜角を計測する角度センサ、前方の段差を検知する前方障害物センサなどが含まれる。個々のセンサの図示は省略した。

【0014】

電動車椅子１０は、前支持棒１４と後支持棒１５を巧みに使い、従来の電動車椅子が上ることのできる段差よりも高い段差を上ることができる。図２－図４を用いて、電動車椅子１０が段差を上るときの制御シーケンスを説明する。

【0015】

シーケンス（１）：後端部１５ａを持ち上げて椅子１１を後傾させるとともに前端部１４ａを段差９０よりも高く持ち上げる。図２の太い矢印線がシーケンス（１）のときの動作を示している。コントローラ２０は、アクチュエータ１７を縮ませ、後端部１５ａが持ち上がるように後支持棒１５を揺動させる。電動車椅子１０の重心（着座しているユーザの質量を含む）は、軸１２ａよりも後方に位置しており、後支持棒１５は椅子１１が後回転しないように支えている。後端部１５ａが持ち上がると、椅子１１は後傾する。同時に前支持棒１４の前端部１４ａが持ち上がる。椅子１１が後傾すると、軸１２ａの位置Ｃｅとピボット１８の位置Ｐｖの間の水平方向の距離ｄＥが短くなる。また、椅子１１を後傾させただけでは前支持棒１４の前端部１４ａが段差９０よりも高くならない場合には、コントローラ２０は、前端部１４ａが上がるようにアクチュエータ１６を制御する。

【0016】

シーケンス（２）：前端部１４ａが段差９０の上に位置するように主輪１２で前進する（図３（Ａ））。コントローラ２０は、モータ１３で主輪１２を正回転させて電動車椅子１０を前進させる。前端部１４ａが段差９０の角（段差９０の上角）に接したらコントローラ２０は前進を停止する。前端部１４ａには接触センサが備えられており、コントローラ２０は接触センサの計測値に基づいて主輪１２（モータ１３）を止める。

【0017】

図３（Ｂ）はシーケンス（３）のときの様子を示しており、図３（Ｃ）はシーケンス（４）のときの様子を示している。図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、位置が揃えてある。破線Ｐｓは、段差９０の位置（段差位置Ｐｓ）を示している。符号Ｃｅ１、Ｃｅ２、Ｃｅ３は、それぞれ、図３（Ａ）における軸１２ａの中心位置（軸位置Ｃｅ１）、図３（Ｂ）における軸１２ａの位置（軸位置Ｃｅ２）、図３（Ｃ）における軸１２ａの位置（軸位置Ｃｅ３）を示している。符号Ｐｔ１、Ｐｔ２、Ｐｔ３は、それぞれ、図３（Ａ）における主輪１２の前端位置（主輪位置Ｐｔ１）、図３（Ｂ）における主輪１２の前端位置（主輪位置Ｐｔ２）、図３（Ｃ）における主輪１２の前端位置（主輪位置Ｐｔ３）を示している。

【0018】

前支持棒１４の前端部１４ａの下面の摩擦係数は、後支持棒１５の後端部１５ａの下面の摩擦係数よりも大きい。それゆえ、図３（Ａ）（シーケンス（２））から図３（Ｃ）（シーケンス（４））に遷移する間、前端部１４ａの動きに引っ張られて後端部１５ａは床上を滑りながら前方へずれていく。

【0019】

シーケンス（３）：後端部１５ａを下げて主輪１２を持ち上げるとともに、椅子１１の後傾を元に戻す（図３（Ｂ））。アクチュエータ１７を伸ばすと後支持棒１５の後端部１５ａが下がる。前支持棒１４と後支持棒１５に支えられて主輪１２が浮き上がる。同時に、ピボット１８に対して軸１２ａが前方に押し出されるように移動し、軸１２ａの位置Ｃｅ２とピボット１８の位置Ｐｖの間の水平方向の距離ｄＥが長くなる（ｄＥ１→ｄＥ２）。

【0020】

椅子１１の後傾が元に戻ることで、軸１２ａの位置が前方へ移る（Ｃｅ１→Ｃｅ２）。すなわち、主輪１２の前端の位置が前方へ移動する（Ｐｔ１→Ｐｔ２）。図３（Ｂ）に示されているように、主輪１２の前端の位置（主輪位置Ｐｔ２）が、段差位置Ｐｓよりも前方へ出る。

【0021】

シーケンス（４）：主輪１２が段差９０の側面９０ａに当接するまで前端部１４ａを上げる。このとき、必要であれば、後端部１５ａも上げる。前端部１４ａを上げることで相対的に主輪１２が下がり、主輪１２が段差９０の側面９０ａに当接する。主輪１２の前端の位置（主輪位置Ｐｔ３）は段差位置Ｐｓよりも前である。図３（Ｃ）に示すように、主輪位置Ｐｔ３が段差位置Ｐｓよりも前に位置するので、主輪１２は高さＨだけ浮いたまま段差９０に接する。主輪１２は段差９０の上角に接する。従来の電動車椅子が上ることのできる最大段差高さが高さＳ０の場合、電動車椅子１０は、高さＳ（＝Ｓ０＋Ｈ）の段差に上ることができる。

【0022】

シーケンス（５）：主輪１２を正回転させて椅子１１を段差９０の上へ移動させる（図４）。「正回転」とは、電動車椅子１０を前進させる方向の回転を意味する。別言すれば、コントローラ２０は、主輪１２の上端が前方へ移動し下端が後方へ移動するように主輪１２を駆動する。シーケンス（１）～（５）により、電動車椅子１０は高さＳの段差９０を上ることができる。

【0023】

図５と図６を参照して電動車椅子１０が上るときの主輪と段差の関係を説明する。図５は、段差１９０と電動車椅子の主輪１１２の関係を模式的に示した図である。電動車椅子は、主輪１１２のみを円で示した。符号Ｃｅは主輪１１２の中心を示している。符号Ｑ、Ｗは、それぞれ、主輪１１２を駆動するモータの駆動力、電動車椅子の重量（着座するユーザの最大体重を含む）を示している。記号θは、中心Ｃｅと接触点Ｐ（主輪１１２と段差１９０の接触点Ｐ）とを結ぶ線分と鉛直方向がなす角度を示している。駆動力Ｑ、重量Ｗ、角度θの間には、図５に示すように、Ｑ＞Ｗｔａｎ（θ）の関係が成立する。

【0024】

図６は、本実施例の電動車椅子１０が高さＳの段差を上る場合に主輪１２を持ち上げるべき高さＨの条件を説明する図である。図６でも、電動車椅子１０は主輪１２のみを円で示した。記号Ｑａ、Ｗは、それそれ、主輪１２を駆動するモータの駆動力、電動車椅子１０の重量（着座するユーザの最大体重を含む）を示している。記号θＨは、中心Ｃｅと接触点Ｐ（主輪１２と段差９０の接触点Ｐ）とを結ぶ線分と鉛直方向がなす角度を示している。主輪１２は段差９０の上角に接する。記号Ｒは主輪１２の半径を示している。図６の（式１）－（式３）から、（式４）の条件が導かれる。

【0025】

電動車椅子１０は、前方の段差を上ることができる。上ることができる段差の高さには上限がある。電動車椅子１０は、前方の段差の外形状（プロファイル）と高さを検知するセンサを備えている。図７、８に、センサの例を示す。図７の電動車椅子１０ａは、椅子１１の側部にＬｉＤＡＲセンサ３０を備えている。ＬｉＤＡＲとは、「Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ」の略である。ＬｉＤＡＲセンサ３０は、レーザを複数の方向に照射し、各方向における障害物（段差）までの距離を計測する。計測した各方向の距離から、障害物（段差）の外形状を取得する。段差９０の外形状が取得できれば、段差９０の高さも取得可能である。ＬｉＤＡＲセンサ３０はよく知られているので詳しい説明は割愛する。

【0026】

図８の電動車椅子１０ｂは、椅子１１の側部に形状センサ３１を備えている。形状センサ３１は、複数の距離センサ３２を並べたデバイスである。複数の距離センサ３２は、レーザ光を平行に照射するように配置されている。形状センサ３１は、平行な複数のレーザ光から、各方向における障害物（段差）までの距離を計測する。計測した各方向の距離から、障害物（段差）の外形状を取得する。段差９０の外形状が取得できれば、段差９０の高さも取得可能である。複数の距離センサ３２を用いた形状センサ３１はよく知られているので詳しい説明は割愛する。

【0027】

ＬｉＤＡＲセンサ３０や形状センサ３１のほかにも、カメラの画像から障害物（段差）の外形状を特定する３Ｄ画像センサなどを用いてもよい。

【0028】

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。

【0029】

電動車椅子１０は椅子１１の下（あるいは椅子１１の背の中）に、モータ１３、アクチュエータ１６、１７、コントローラ２０、センサ２１のための電源を搭載しているが、電源の図示は省略した。

【0030】

前支持棒１４は、椅子１１の両側に備えられていてもよいし、椅子１１の片側のみに設けられていてもよい。後者の場合、前支持棒の先端部には横棒が備えられており、前支持棒と後支持棒で安定して主輪を浮かせられるようになっている。後支持棒も、椅子１１の両側に配置されていてもよいし、椅子１１の左右方向の中央に１本の後支持棒が配置されていてもよい。

【0031】

実施例の電動車椅子１０では、前支持棒１４の後端と後支持棒１５の前端が同一のピボット１８に揺動可能に支持されている。前支持棒１４の後端と後支持棒１５の前端は、それぞれ別々のピボットに揺動可能に支持されていてもよい。

【0032】

実施例の後支持棒１５の後端部１５ａはそりの形状を有している。後支持棒１５の後端部１５ａには、そりに代えて補助輪が備えられていてもよい。本明細書が開示する電動車椅子は、後端部にそりを備えた第１後支持棒と、後端部に補助輪を備えた第２後支持棒の両方を備えていてもよい。この場合、シーケンス（１）にて、第１後支持棒と第２後支持棒の両方または一方を使って、椅子１１を後傾させるとともに前端部１４ａを段差９０よりも高く持ち上げてもよい。

【0033】

実施例のアクチュエータ１６、１７は直動型であるが、アクチュエータ１６、１７は回転型、あるいは、他のタイプのアクチュエータであってもよい。

【0034】

シーケンス（２）にて、コントローラ２０は、前支持棒１４の前端部１４ａが段差９０の上に位置するように主輪１２で前進する。このとき、段差９０に接する前端部１４ａとは、前支持棒１４のいずれかの箇所であればよい。前端部１４ａをより高く上げると、段差９０に接する前支持棒１４の位置は後方へずれる。

【0035】

実施例の電動車椅子１０では、コントローラ２０が自動的にシーケンス（１）から（５）を実行する。電動車椅子１０は、モータ１３とアクチュエータ１６、１７をユーザが動かすためのスイッチを有していてもよい。スイッチは、ジョイスティックなど、ユーザが扱いやすいデバイスが好ましい。ユーザがスイッチを操作し、シーケンス（１）から（５）を実行してもよい。

【0036】

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0037】

１０、１０ａ、１０ｂ：電動車椅子 １１：椅子 １２、１１２：主輪 １２ａ：軸 １３：モータ １４：前支持棒 １４ａ：前端部 １５：後支持棒 １５ａ：後端部 １６、１７：アクチュエータ １８：ピボット ２０：コントローラ ２１：センサ ３０：ＬｉＤＡＲセンサ ３１：形状センサ ３２：距離センサ ９０、１９０：段差 ９０ａ：側面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】