JP3654979B2

JP3654979B2 - 電動車両

Info

Publication number: JP3654979B2
Application number: JP30976695A
Authority: JP
Inventors: 功菊谷; 善則竹澤; 好伸石田
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 1995-11-01
Filing date: 1995-11-01
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2015-11-01
Also published as: JPH09122182A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動車椅子等の電動車両に係わり、特に介護人等の人の操作力に応じてモータを駆動させることが可能な電動車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
普通の電動車椅子の場合、操作用のジョイステックレバーが取り付けられており、乗員がジョイステックレバーを倒した方向に電動椅子が走行するようになっている。このような電動車椅子に介護者が付いた場合、電動車椅子のクラッチをオフにして、手押しすることがバッテリーの消耗を避けるために有効である。しかし乗員が乗った電動車椅子は百数十キログラムの重量になり、平坦な道しか手押しできず、介護人が付いている場合でも電動推進に頼ることが多くなる。
【０００３】
そこで、人力により車両を前進又は後進させるときに発生する操作力を検知してこの操作力に応じた電気信号を発生させる操作部を車両のハンドルに取り付け、この操作部の電気信号に基づいてモータの出力を制御する制御部を設けた電動車両が提案されている。介護人が操作部を取り付けたハンドルに対し、車両を推進させたい方向に力を加えると、その操作力に応じてモータが駆動され、介護人とモータの共同で車両が推進され、バッテリー電源を節約するとともに、介護者の操作感覚に違和感が生じないようにしたものである。
【０００４】
ハンドルに取り付けられる操作部として、特開平６−３０４２０４号に開示されるように、一対の手押しハンドルの先端にロードセルが取り付けられた接続金具を嵌め、この接続金具にコの字型のバーハンドルを嵌めた第１案や、手押しハンドルに弾性変形しやすいゴムをグリップとして取り付け、このゴムの端部に歪みゲージを張り付けた第２案が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１案の操作部は、ロードセルが組み込まれた接続金具やバーハンドルを用いるため、手押しハンドルの一部を切断しなければ取り付けられないという問題点がある（そのまま取り付けると手押しハンドルの部分が長くなる）。第２案の操作部は、ゴムのグリップの変形を歪みゲージで検出するため、グリップの握り方等で出力が変化し、人の操作力検出に対する信頼性に欠けるという問題点がある。
【０００６】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、信頼性の高い操作部を有する電動車両を提供しようとすることである。また、手押しハンドルを大きく改造することなく当該目的を達成できるようにすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、車両に駆動力を付与するためのモータと、前記車両の前後進方向に設けられたハンドルと、このハンドルに設けられ、人力により前記車両を前進又は後進させるときに発生する操作力を検知してこの操作力に応じた電気信号を発生させる操作部と、この操作部の電気信号に基づいてモータの出力を制御する制御部とを有する電動車両において、
前記操作部は、
前記ハンドルに外嵌されて当該ハンドルに対し前記車両の前後進方向に移動可能な可動グリップと、前記可動グリップと前記ハンドルとの相対的な移動量を検出してこの移動量に応じた前記電気信号を出力する位置検出部と、端部が開口した筒状に構成した前記ハンドルの内部に収納され、前記可動グリップに加わる操作力に応じた反発力を生じさせる弾性部材と、前記可動グリップに取り付けられ、前記弾性部材の両端側に位置して前記可動グリップの移動時に弾性部材に押圧力を付与する係止部を設けたロッド部材とを備え、
前記筒状のハンドルの内部に前記弾性部材が収納され、このハンドルに対して前記可動グリップが移動可能に外嵌されていることを特徴とするものである。
これにより、介護人等が可動グリップに車両を推進する操作力を加えると、可動グリップに取り付けられているロッド部材の係止部を介して弾性部材を変形しつつ可動グリップが操作力に応じて移動し、位置検出部がこの移動量に応じた電気信号を出力し、モータがこの電気信号により可動グリップの移動量に対応して駆動力を増減させる。そのため、人の操作力の大小に対応してモータを駆動できるとともに、人が可動グリップを離して操作力が消滅した場合には、変形された弾性部材の反力で逆側に可動グリップが移動されて、モータの駆動力を停止できる。
また、操作力に応じた反発力を生じさせる弾性部材が筒状のハンドル内に位置するから、コンパクトとできる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載のものにおいて、前記操作部には、前記ハンドル内に挿入固定されるとともに、該ハンドル内部に収納された前記弾性部材の両端側を支承して反発力を受ける筒部材を更に備えさせて、前記ロッド部材は該筒部材を貫通するように構成したものである。
これにより、前記弾性部材を収納する筒部材をハンドル内に挿入固定させることで、ハンドルにそのまま取り付けられる。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２記載のものに、前記ハンドルに外嵌され前記可動グリップの移動を案内する取付け部と、前記取付け部に一端が係止され前記ハンドル外周と前記可動グリップ内周との間に設けられた固定筒とを備え、
前記固定筒には、前記筒部材を前記ハンドル内部に固定する保持部が形成されていることを特徴とするものである。
これにより、ハンドル外周が均一でない場合でも、可動グリップが固定筒で案内されながら確実に移動され、また、筒部材が取付け部に係止される固定筒の保持部で確実に固定される。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項３記載のものにおいて、前記位置検出部が、前記取付け部に設けられたことを特徴とするものである。
これにより、位置検出部を取り付け部に設けると、ハンドル内に収めるものが少なくなり、ハンドルに取り付けやすくなるとともに、ハンドルを加工することなく、位置検出部からの電気信号を取り出すことができる。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項４記載のものにおいて、前記位置検出部は、前記可動グリップに設けられたラックと、前記取付け部に設けられ前記ラックに係合するピニオンとで構成され、前記ピニオンを介して前記可動グリップの移動量を検出することを特徴とするものである。
これにより、操作部がハンドルの前後進方向に延びるのを防止でき、取付性が向上する。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項１又は２記載のものにおいて、前記車両は、前記モータの駆動力をそれぞれ独立して付与される車輪を車体の両側に有するとともに、この両側の車輪に対応するよう車体の両側に前記ハンドルが設けられており、前記操作部はこの両側の車輪のそれぞれに個別の電気信号を発生するように各ハンドルに設けられていることを特徴とするものである。
これにより、モータの駆動力をそれぞれ独立して付与される車輪を車体の両側に設けると共に、この両側の車輪に対応するよう車体の両側にハンドルを設け、操作部をこの両側の車輪にそれぞれ個別の電気信号を発生するように各ハンドルに設けると、各ハンドルの操作力に対応したモータ駆動力が発生し、人の車両を前後進させる力が補完される。従って、車両を曲げようとする場合も人の負担を増大させることなく、その操作力に応じて車両を推進させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の電動車両の斜視図であり、図２は、操作部の断面図であり、図３は、図２のＸ−Ｘ断面図であり、図４は図３のＹ矢視図である。
【００１４】
まず電動車両の全体構成を図１により説明する。電動車両Ａは左右一対の手押しハンドル１，１を有しており、このハンドル１，１には、可動グリップ８，８等からなる左右の操作部４，５が取り付けられている。また、左右の各車輪８１，８１の内部に車輪駆動用のモータ、モータ制御部、電池等が内蔵されている。車輪８１，８１は前記モータ等を内蔵するため大型の車輪となっており、両側面をカバー８２，８２で覆われている。なお、電動機構の故障時等に備えて車輪３，３にはハンドリム３ａが設けられている。
【００１５】
つぎに、操作部４，５の詳細構造を図２乃至図４により説明する。図２において、１は、パイプフレームで形成された電動車椅子の筒状の手押しハンドルであり、車体につながる部分は省略してある。ハンドル１に通常被せられているグリップ部材は抜き去られ、ハンドル１は単なるパイプになっている。この左右一対のハンドル１に取り付けられる一対の操作部４，５は同じ形状をしている。この操作部４，５は、取付け部６と、固定筒７と、可動グリップ８と、バネ収納部１１内の弾性部材９と、位置検出部１０とを主要部分としてなっている。
【００１６】
取付け部６は、図３に示されるように二つ割りブロック１２，１３をボルト１４で締めつける構造になっている。図２のブロック１２，１３の車体側の端はハンドル１の曲がりはじめた部分を抱きしめるクランプ部１５になっており、このクランプ部１５の部分で取付け部６がハンドル１に取り付けられる。また取付け部６には、ハンドル１先端側に開放される円柱穴１６と円柱穴１６の奥に位置するリング状突起部１７が設けられている。この円柱穴１６に後述する可動グリップ８が摺動可能に挿入され、リング状突起部１７によって後述する固定筒７が挟まれて固定され、固定筒７の段部７ａがリング状突起部１７の段部に係止している。
【００１７】
固定筒７はハンドル１の外周に被さるように取付け部６からハンドル１の先端に向かって延在している。パイプ１の外径には相当の誤差があり、固定筒７がハンドル１に挿入できないということがないように、固定筒７の内径はハンドル１の外径より大きくなっている。固定筒７の先端は保持部１８（厚肉部）になっており、保持部１８の段部がハンドル１の先端に係合している。
【００１８】
可動グリップ８は、固定筒７の外周を滑るブッシュ７ｂで案内され、ハンドル１の先端から被さるように位置しており、その根元部は取付け部６の円柱穴１６に挿入状態になっている。この可動グリップ８のエンド部分１９にはロッド部材２０が中心軸に一致するようにねじ止めされている。このロッド部材２０の先端側大径部２０ａと根元側大径部２０ｂとの間は小径部２０ｃとなっており、この小径部２０ｃの部分に弾性部材としての圧縮バネ９がバネ受け部材２１、２２を介して閉じ込められている。なお図示例の可動グリップ８の外観は単なるパイプ状として示されているが、実際の使用に際しては周知のゴムの滑り止めが嵌められグリップとして機能するようになっている。
【００１９】
固定筒７の先端の保持部１８には、筒部材２３が中心軸に一致するように止め輪で固定されている。この筒部材２３には、バネ受け部材２１，２２が当たる段部２３ａ、２３ｂと、圧縮バネ９が嵌まる円柱空間２３ｃが形成されている。
【００２０】
結局、ロッド部材２０が可動グリップ８につながる部材となり、筒部材２３が固定筒７につながる部材となり、このロッド部材２０と筒部材２３とバネ受け部材２１，２２によってバネ収納部１１が形成されている。このバネ収納部１１はハンドル１の中に位置している。
【００２１】
また、可動グリップ８が取付け部６の円柱穴１６に入り込んだ部分の下側に、ラック２４が固定されており、可動グリップ８の移動がピニオン２５の回転に変換される。また、可動グリップ８の側面には長孔８ａが加工されており、取付け部材６から突出するストッパ２６がこの長孔８ａに係合することにより、可動グリップ８の押し込み限度位置と引き抜き限度位置が決まる。
【００２２】
図３に示されるように、取付け部材のブロック１３に位置検出部としてのロータリーエンコーダ１０がネジ止めされ、このロータリーエンコーダ１０の入力軸に前述したピニオン２５が嵌入されている。図４に示されるように、ロータリーエンコーダ１０には可動グリップ８の押し込み状態又は引き抜き状態を表示するパイロットランプ１０ａ、１０ｂが設けられている。
【００２３】
次に、上述した操作部４、５の作動を図５及び図６により説明する。図５（ａ）において、可動グリップ８が電動車両を前進させるために押し操作されると、圧縮バネ９の前端（ハンドル側の端）は、筒部材２３の段部２３ａに当たるバネ受け部材２１を介して止められ、圧縮バネ９の後端（車体側の端）は、バネ受け部材２２を介してロッド部材２０の大径部２０ｂの段部により押し込まれる。また、図５（ｂ）において、可動グリップ８が電動車両を後進させるために引き操作されると、圧縮バネ９の後端は、ロッド部材２０の大径部２０ａの段部でバネ受け部材２１を介して止められ、圧縮バネ９の前端は、バネ受け部材２２を介して筒部材２３の大径部２３ｂの段部により押し込まれる。
【００２４】
このように、可動グリップ８に作用する人の操作力に応じて圧縮バネ９が押し込まれ、人の操作力に応じて可動グリップ８が移動する。この移動量がラック２４とピニオン２５を介してロータリーエンコーダ１０に押し又は引きと区別されて入力される。そして、ロータリーエンコーダ１０がその圧縮バネ９の押し込み量に応じた電気信号を出力する。
【００２５】
図６において、ロータリーエンコーダ１０から出力される電気信号（変位）と可動グリップの操作力（バネ付勢力に等しい）との関係が例示される。すなわち、可動グリップ８の操作力は圧縮バネ９の与圧に基づく不感帯５９を経て変位信号６０、６１に変換される。なお、圧縮バネ９の与圧を異なるものとすることにより不感帯５９の幅を任意に設定できる。ここで、変位信号６０における＋変位は押し操作を、変位信号６１における−変位は引き操作を表す。尚、圧縮バネ９の与圧をゼロとして、不感帯５９を省略してもよい。
【００２６】
図２のように、嵩張るバネ収納部１１をハンドル１内に収納することにより、可動グリップ８をハンドル１の先端に被せることができ、取付け部６の大きさもコンパクトになる。この取付け部６に位置検出部としてのロータリーエンコーダ１０を設けると、配線をハンドルに沿わせて変換部まで配線できるし、構造も簡単になる。ただし、バネ収納部１１を形成するロッド部材２０と筒部材２３との相対移動を検出するリニアモーションのポテンショメータをハンドル１内に設ける構造にすることも可能である。この場合、ポテンショメータの配線はハンドル１に開けられた孔から外部に出て変換部まで配線される。
【００２７】
更に、前述した操作部に基づいた電動車両全体の構造と作動を図７及び図８を用いて説明する。図７において、左右の操作部４，５から電気信号ｆ１を発生し、制御部４４を経て、駆動部７７によって実際にモータ４０が駆動し、電動車両が動く。なお、４３はモータ４０に対する電池である。
【００２８】
次に、上記した制御部４４の演算処理を、操作力と車両の加減速の関係を示す図８を用いて説明する。図８（ａ）は操作力に相当するロータリーエンコーダからの電気信号ｆ１とモータに出力されるトルク駆動信号ｆ２の出力関係を示すグラフ図であり、図８（ｂ）は電気信号ｆ１と車両加速度の関係を示すグラフ図である。Ｃ点は操作力、トルク駆動信号、加速度の全てが零である。Ｂ点は操作力が小さい不感帯であり、操作力、トルク駆動信号ともに零である。しかし人の操作力のある分、前進加速度が上昇している。Ｄ点はＢ点と逆で後進加速度が上昇している。なお、不感帯は小さい操作力にモータが追従して車両推進が不安定になるのを防止するために設けられている。Ａ点は操作力が大きく、トルク駆動信号ｆ２がａ点から比例増加し、前進加速度は人の操作力による前進加速度分とモータの前進加速度分の合計となる。すなわち、人の操作力の大小に応じてモータのトルクが大小に変化し、人とモータの共同で推進させる。Ｅ点はＡ点と逆で後進加速度を作用する。なお、図７は水平な平坦路を想定したグラフであるが、車両が坂を上り下りする時には、重力加速度分だけモータの加速度が増すだけである。
【００２９】
なお、上記の実施の形態では可動グリップの押圧力に対する反発力を発生する弾性部材として、圧縮バネを使用したが、これに代えて円筒状のゴム並びに軟質材を用いることもできる。またロータリーエンコーダについては、円筒型のものを使用したが、直動型でも良く、ホール素子、電子スケールを備えつけたポテンショメータを用いても良い。
また、上記実施例では、筒部材２３にバネ受け部材２１を設け、このバネ受け部材２１をロッド部材２０の大径部２０ａ，２０ｂで押圧する構成としたが、このバネ受け部材２１を不要とすることもできる。この場合、図９に示すように、弾性部材９を支承する筒部材２３の端面２１ａに切欠き２１ｂを設け、ロッド部材２０に大径部２０ａ，２０ｂの代わりに切欠き２１ｂに嵌合し、弾性部材９を押圧する突起２０ｃを設ければよい。この構成にすれば、部品点数を減少できる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項１記載の発明は、操作力に応じた反発力を生じさせる弾性部材を用いることによって、操作力の検出が精度よく行われるので、人と電動の共同で車両を推進することのバランスが崩れることがない。また、操作力に応じた反発力を生じさせる弾性部材が筒状のハンドル内に位置するから、コンパクトとできる。
【００３１】
請求項２記載の発明は、請求項１の効果に加えて、ハンドルを切断することなく、ハンドルに差し込んで取付け部でハンドルに固定するだけでよく、操作部の装着が容易にでき、改造も簡単にできる。
【００３２】
請求項３記載の発明は、請求項２の効果に加えて、ハンドル外周が均一でない場合でも、可動グリップが固定筒で案内されながら確実に移動され、また、筒部材が取付け部に係止される固定筒の保持部で確実に固定される。
【００３３】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の効果に加えて、嵩張る位置検出部をハンドルに対する取付け部に設けることで、ハンドルを加工することなく、位置検出部からの信号を取り出すことができる。
【００３４】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の効果に加えて、位置検出部は、可動グリップに設けられたラックと、取付部材に設けられ前記ピニオンに係合するピニオンとで構成され、ピニオンを介して可動グリップの移動量を検出するので、操作部がハンドルの前後進方向に延びるのを防止でき、取付性が向上する。
【００３５】
請求項６記載の発明は、請求項１又は２記載の効果に加えて、モータの駆動力をそれぞれ独立して付与される車輪を車体の両側に設けると共に、この両側の車輪に対応するよう車体の両側にハンドルを設け、操作部をこの両側の車輪にそれぞれ個別の電気信号を発生するように各ハンドルに設けると、各ハンドルの操作力に対応したモータ駆動力が発生し、人の車両を前後進させる力が補完される。従って、車両を前後進する場合には人の負担を増大させることなく、その操作力に応じて車両を推進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電動車両の斜視図である。
【図２】操作部の断面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ断面図である。
【図４】図３のＹ矢視図である。
【図５】操作部の作動図であり、（ａ）は押し方向の操作力が作用した場合を示し、（ｂ）は引き方向の操作力が作用した場合を示す。
【図６】操作部のバネ付勢力と変位の関係を示すグラフ図である。
【図７】電動車両の駆動ブロック図である。
【図８】変換部における信号変換のグラフ図である。
【図９】固定筒及びロッド部材の他の実施例を示し、固定筒先端側の断面図である。
【符号の説明】
１ハンドル
４車体
３車輪
４、５操作部
６取付け部
７固定筒
８可動グリップ
９圧縮バネ（弾性部材）
１０ロータリーエンコーダ（位置検出部）
２０ロッド部材
２３筒部材
４０モータ
４４制御部
７６変換部

Claims

車両に駆動力を付与するためのモータと、前記車両の前後進方向に設けられたハンドルと、このハンドルに設けられ、人力により前記車両を前進又は後進させるときに発生する操作力を検知してこの操作力に応じた電気信号を発生させる操作部と、この操作部の電気信号に基づいてモータの出力を制御する制御部とを有する電動車両において、
前記操作部は、
前記ハンドルに外嵌されて当該ハンドルに対し前記車両の前後進方向に移動可能な可動グリップと、前記可動グリップと前記ハンドルとの相対的な移動量を検出してこの移動量に応じた前記電気信号を出力する位置検出部と、端部が開口した筒状に構成した前記ハンドルの内部に収納され、前記可動グリップに加わる操作力に応じた反発力を生じさせる弾性部材と、前記可動グリップに取り付けられ、前記弾性部材の両端側に位置して前記可動グリップの移動時に弾性部材に押圧力を付与する係止部を設けたロッド部材とを備え、
前記筒状のハンドルの内部に前記弾性部材が収納され、このハンドルに対して前記可動グリップが移動可能に外嵌されていることを特徴とする電動車両。
前記操作部には、前記ハンドル内に挿入固定されるとともに、該ハンドル内部に収納された前記弾性部材の両端側を支承して反発力を受ける筒部材を更に備えさせて、
前記ロッド部材は該筒部材を貫通するように構成したことを特徴とする、請求項１記載の電動車両。
前記ハンドルに外嵌され前記可動グリップの移動を案内する取付け部と、前記取付け部に一端が係止され前記ハンドル外周と前記可動グリップ内周との間に設けられた固定筒とを備え、
前記固定筒には、前記筒部材を前記ハンドル内部に固定する保持部が形成されていることを特徴とする請求項２記載の電動車両。
前記位置検出部が、前記取付け部に設けられたことを特徴とする請求項３記載の電動車両。
前記位置検出部は、
前記可動グリップに設けられたラックと、前記取付け部に設けられ前記ラックに係合するピニオンとで構成され、
前記ピニオンを介して前記可動グリップの移動量を検出することを特徴とする請求項４記載の電動車両。
前記車両は、前記モータの駆動力をそれぞれ独立して付与される車輪を車体の両側に有するとともに、この両側の車輪に対応するよう車体の両側に前記ハンドルが設けられており、前記操作部はこの両側の車輪のそれぞれに個別の電気信号を発生するように各ハンドルに設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の電動車両。