JP7016497B2 - 歩行車椅子及びその走行システム - Google Patents

Description

本発明は、歩行器としても使用することができる電動式の車椅子、及びその走行システムに関するものである。本明細書においては、歩行車としても使用することができる車椅子を「歩行車椅子」と記す。

通常の車椅子は使用者が椅子に座って使用するものであり、椅子を跳ね上げたとしても車体を構成する左右のサイドフレーム間を連結するクロスバーなどの部材が存在するため、使用者が車椅子の中心に立つことはできない。このため車椅子をそのまま歩行器として使用するには不都合であった。

そこで本発明等は、椅子のある位置の前方及び下方の連結部材を車体からなくし、椅子を跳ね上げて使用者が車椅子の中心に後ろ向きに立てば、そのまま歩行器として使用することができる歩行車椅子を先に開発し、特許文献１として提案済みである。

しかし特許文献１の歩行車椅子は手動式の車椅子であるため、手で主車輪を回動操作できる力がある人でないと自力では走行させることができなかった。

また特許文献１の歩行車椅子は折りたたみができないため、不使用時に病院や養護施設のベッド脇においておくと場所を取り、邪魔になるという問題があった。そこで歩行車椅子を室外の廊下等に置いておくと、使用したい場合には看護師や介助者に頼んでベッド脇まで移動させてもらう必要があった。このためトイレに行きたい場合にも、他人を煩わせねばならないという問題があった。

特開２０１７－７９９６４号公報

従って本発明の目的は上記した問題点を解決し、電動走行が可能であるのみならず、待機位置からベッド脇まで無人走行させることもできる歩行車椅子及びその走行システムを提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の歩行車椅子は、椅子を跳ね上げて歩行器としての使用を可能とした歩行車椅子であって、車体の背面に、電気駆動される主車輪の接地面近傍の床面を撮影するカメラと、このカメラの画像を処理するオンボードコンピュータとを搭載し、また車体には、人力走行、電動走行、無人走行の３モードを切替可能な駆動部を搭載したことを特徴とするものである。なお、オンボードコンピュータは、遠隔操作可能な無線通信部を備えたものである。

また上記の課題を解決するためになされた本発明の歩行車椅子の走行システムは、上記の歩行車椅子の走行システムであって、左右の主車輪の電動モータを個別に制御する駆動制御部と、主車輪の接地面近傍の床面を撮影したカメラの画像から進行経路を判断し、駆動部に走行指示信号を送る自走処理部と、使用者の操作手段からの入力を処理する電動処理部と、車体から分離されオンボードコンピュータと無線通信可能な遠隔操作部とを備えたことを特徴とすることを特徴とするものである。

本発明の歩行車椅子及びその走行システムによれば、使用者が椅子に座って操作手段を操作し、通常の電動車椅子として使用できることはもちろん、椅子を跳ね上げて歩行器として使用することもできる。さらにカメラにより主車輪の接地面近傍の床面を撮影しながら自走させることが可能であるので、遠隔操作部を用いて待機位置からベッド脇まで無人走行させることも可能となる。

本発明の歩行車椅子の側面図である。 椅子を跳ね上げた状態を示す側面図である。 制御システムの全体を示す概念図である。 制御システム全体のブロック図である。 モード切替処理フローを示すフロー図である。 電動モード処理フローを示すフロー図である。 無人自走の動作の一例を示す平面図である。 自走モード処理フローを示すフロー図である。 画像認識と走行補正を示す説明図である。

以下に図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明するが、本発明はこの実施形態に限定されないことはいうまでもない。

（車体構造）
図１は本発明の歩行車椅子の側面図であり、歩行車椅子の車体１０は、左右のサイドフレーム１１と、それらの背面を接続するバックフレーム１２とを備えている。サイドフレーム１１には大径の主車輪１３と、小径の前方補助輪１４及び後方補助輪１５が設けられている。左右の主車輪１３の車軸部分には駆動部を構成する電動モータ１６がそれぞれ搭載されており、主車輪１３を左右個別に回転させ、前進、後進、走行方向の変更などを行える構造となっている。これらの電動モータ１６はそれぞれクラッチを備えたものとしておく。この駆動部は、人力走行、電動走行、無人走行の３モードで走行可能なものであるが、その詳細については後述する。

バックフレーム１２の前側には、椅子１７が取り付けられている。図２に示すように、椅子１７はその後端部を回転軸１７ａとしてバックフレーム１２の側に跳ね上げることができる構造であり、常時は椅子１７の前部の両側をサイドフレーム１１の支持部１８に係合させて水平に支持されている。また図２に示すように、右側の肘掛け１９もガルウィング式に跳ね上げ可能となっている。このように椅子１７を跳ね上げた状態では、車体１０の前方及び下方には連結部材がなく、使用者が車椅子の中心に後ろ向きに立って歩行器として使用することができるようになっている。この点は特許文献１と同様である。

車体１０の背面、すなわちバックフレーム１２の背面には、バッテリー２０を備えた制御ボックス２１とカメラ２２とが搭載されている。バッテリー２０は前記した駆動用の電動モータ１６の電源であり、また制御ボックス２１とカメラ２２にも電源を供給するものである。このようにバッテリー２０、制御ボックス２１、カメラ２２を車体１０の背面側に搭載したので、歩行器として使用する際にこれらが障害となるおそれがない。

カメラ２２は制御ボックス２１の下側に取り付けられ、主車輪１３の接地面近傍の床面を撮影する。より正確には、左右の主車輪１３の接地面間の床面を撮影し、床面に貼られたラインの画像を制御ボックス２１に送る。

なお左側の肘掛けには、使用者が歩行車椅子の走行や停止を操作する操作手段２３が取り付けられている。本実施形態では操作手段２３はジョイスティックであり、レバーを倒すことにより前進、後退、方向変換、走行速度などを制御できるほか、電源のオンオフも行えるようになっている。さらにこの操作手段２３は、人力走行、電動走行、無人走行の３モードを切替えることが可能な切替スイッチ３２を備えている。この実施形態では左側の肘掛けは固定式であるが、跳ね上げ式としてもよい。

（制御システム）
次にこの歩行車椅子の制御システムについて説明する。図３は制御システムの全体を示す概念図であり、図４は制御システム全体のブロック図である。前記した制御ボックス２１の内部には、カメラ２２の画像を処理する画像処理部３８を備えたオンボードコンピュータ２５が搭載されている。このオンボードコンピュータ２５には、自走処理部２６、電動処理部２７、各部を統括制御する統括管理部２８などが搭載されている。統括管理部２８は無線通信部４５を備えている。またオンボードコンピュータ２５には、バッテリー２０、駆動制御部２９、操作手段２３が接続されている。操作手段２３には電動処理部２７が搭載されている。このほか、車体１０から分離された遠隔操作部３０があり、無線通信部４４と無線通信回線を介して通信可能となっている。

自走処理部２６は、無人走行モードが選択された際に、歩行車椅子を無人のまま後ろ向きに自走させる機能を有するものであり、主車輪１３の接地面近傍の床面を撮影したカメラ２２の画像から進行経路を判断し、駆動制御部２９に走行指示信号を送る。進行経路は床面にテープを貼り付けて指示する。このようにすれば、コンピュータ操作の知識を持たない者であっても、テープを貼りかえるだけで、容易に走行経路の設定や変更が可能となる。なお、自走処理部２６の詳細な機能については後述する。

駆動制御部２９は駆動部に制御信号を送り、左右の主車輪１３の車軸部分にそれぞれ搭載された電動モータ１６を駆動させ、前進、後進のほか、右回転、左回転などの動作をさせることができる。主車輪１３の接地面の上方に重心を位置させ、左右の主車輪１３を互いに逆方向に回転させれば、主車輪１３の接地面を中心として、すなわち曲率半径ゼロの状態で車体１０の進行方向を変えることが可能である。

電動処理部２７は、操作手段２３から入力された手動信号に応じて、駆動制御部２９に前進、後進、停止などの走行指令信号を送る機能を有する。また操作手段２３には人力走行、電動走行、無人走行の３モードを切替えるモード切替スイッチ３２が設けられているので、電動処理部２７は統括管理部２８のモード切替部３１にモード切替信号を送り、走行モードの切替が行われる。

このほか、車体１０にはカメラ２２の視野を照らす照明３５、障害物センサ３６、警告ブザー３７等が搭載されている。照明３５はカメラ２２の近傍に搭載されており、夜間にも走行可能となっている。障害物センサ３６は左右の後方補助輪１５の近傍にそれぞれ搭載され、車体１０が後ろ向きに自走する際に障害物の有無を検出し、テープの上に荷物が置かれていたり人が立っていたような場合には走行を停止させるとともに、警告ブザー３７を鳴らして異常発生を知らせるようになっている。障害物センサ３６としては、赤外線センサーや超音波センサーなどを使用することができる。これらの安全装置も自走処理部２６の制御下にある。

遠隔操作部３０は、図４に示すように指示入力部４１、状態表示部４２、遠隔処理部４３、無線通信部４４を備え、統括管理部２８の無線通信部４５との間で無線通信を行う機能を備えている。この遠隔操作部３０は車体１０から分離されて使用者の手元に置かれ、歩行車椅子を自走させるときに用いられる。状態表示部４２は、歩行車椅子の現在位置や、走行可能か否かなどの状態を表示させる。

（各モードの説明）
図５はモード切替処理フローであり、モード切替スイッチ３２がどのモードにあるかを判断する。電動モードの場合には駆動部の電動モータ１６のクラッチをオンとし、通常の電動車椅子と同様に使用者が操作手段２３のジョイスティックを手動操作し、図６に示すようにジョイスティックからの入力に応じて前進、後進、左回転、右回転を行わせる。クラッチがオンの状態では主車輪１３は電動モータ１６と接続されているため、停止させればモータブレーキが掛かった状態となる。このため使用者が椅子から立ち上がっても、車体１０が反動で移動することはなく安全である。

モード切替スイッチ３２が人力走行モードにあるときは、電動モータ１６のクラッチがオフとされる。この状態では主車輪１３は電動モータ１６から分離されて自由に回転させることができるので、使用者は椅子１７を跳ね上げた状態で車椅子の中心に後ろ向きに立ち、歩行車椅子を歩行車として使用することができる。

モード切替スイッチ３２が自走モードにあるときは、歩行車椅子は床面に貼り付けられたテープをカメラ２２で読み取りながら、左右の主車輪１３の動きを制御することによって、テープに沿って自走する。その一例を図７に示す。なお自走モードへの切替はモード切替スイッチ３２のほか、遠隔操作部３０からの無線を介した遠隔操作によっても行えるようにしておく。

図８に自走モードの処理フローを示す。自走モードにおいて走行開始指示を受けたときには、自走処理部２６が照明３５を点灯し、床面を照らす。カメラ２２が床面に貼られたテープの線の撮影を開始する。画像処理部は撮影された画像を２値化処理し、線の欠落部分を補間処理する。撮影された線パターンが画像の中心にあるときには直進と判断し、自走処理部２６が駆動制御部２９に直進信号を送り、駆動部が左右の主車輪１３を同一速度で回転させて車体１０を直進させる。

しかし撮影された線パターンが図９の（Ａ）のように画像の左側に寄っているときには、車体１０が右にずれていると判断し、右側の主車輪１３を左側の主車輪１３よりも少し多く回転させて車体１０を左方向に走行させる。逆に撮影された線パターンが図９の（Ｂ）のように画像の右側に寄っているときには、車体１０が左にずれていると判断し、左側の主車輪１３を右側の主車輪１３よりも少し多く回転させて車体１０を右方向に走行させる。

また、撮影された線パターンが図９の（Ｃ）のように画像の中心線に対して時計方向に傾いているときには、進行方向が左向きに偏っていると判断し、左側の主車輪１３を右側の主車輪１３よりも少し多く回転させて車体１０を右方向に戻す。逆に撮影された線パターンが図９の（Ｄ）のように画像の中心線に対して反時計方向に傾いているときには、進行方向が右向きに偏っていると判断し、右側の主車輪１３を左側の主車輪１３よりも少し多く回転させて車体１０を左方向に戻す。

また図７に示すようにテープが直角に貼られている位置では、撮影された線パターンが図９の（Ｅ）や（Ｆ）のように折れ曲がる。このときにはその位置で、車体１０を折れ曲がった方向に左回転、または右回転させる。

このようにして床のラインの方向に車体１０を自走させることができる。なお前記したように、自走は車体１０の後方に向かって、すなわち後向きに行われる。障害物を検出したときには停止する。またテープの端部を検出したとき、あるいは停止標識を検出したときには、走行を停止する。このようにして、歩行車椅子を待機位置からベッド脇まで無人走行させることができる。

以上に説明したように、本発明の歩行車椅子は、電動走行が可能であるのみならず、歩行車として使用することができ、さらに待機位置からベッド脇まで無人走行させることもできるので、他人を煩わせずに車椅子に乗れるなど多くの利点がある。なお、多数台の歩行車椅子を使用する病院などの施設においては、無線通信により全歩行車椅子の現在位置や走行状態を常時監視できるようにしておくことが好ましい。

１０ 車体
１１ サイドフレーム
１２ バックフレーム
１３ 主車輪
１４ 前方補助輪
１５ 後方補助輪
１６ 電動モータ
１７ 椅子
１７ａ 回転軸
１８ 支持部
１９ 肘掛け
２０ バッテリー
２１ 制御ボックス
２２ カメラ
２３ 操作手段
２５ オンボードコンピュータ
２６ 自走処理部
２７ 電動処理部
２８ 統括管理部
２９ 駆動制御部
３０ 遠隔操作部
３１ モード切替部
３２ モード切替スイッチ
３５ 照明
３６ 障害物センサ
３７ 警告ブザー
３８ 画像処理部
４１ 指示入力部
４２ 状態表示部
４３ 遠隔処理部
４４ 無線通信部
４５ 無線通信部

Claims (3)

1. 椅子を跳ね上げて歩行器としての使用を可能とした歩行車椅子であって、車体の背面に、電気駆動される主車輪の接地面近傍の床面を撮影するカメラと、このカメラの画像を処理するオンボードコンピュータとを搭載し、また車体には、人力走行、電動走行、無人走行の３モードを切替可能な駆動部を搭載したことを特徴とする歩行車椅子。
2. オンボードコンピュータは、遠隔操作可能な無線通信部を備えたものであることを特徴とする請求項１に記載の歩行車椅子。
3. 請求項２に記載の歩行車椅子の走行システムであって、
   左右の主車輪の電動モータを個別に制御する駆動制御部と、
   主車輪の接地面近傍の床面を撮影したカメラの画像から進行経路を判断し、駆動部に走行指示信号を送る自走処理部と、
   使用者の操作手段からの入力を処理する電動処理部と、
   車体から分離されオンボードコンピュータと無線通信可能な遠隔操作部とを備えたことを特徴とする歩行車椅子の走行システム。

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