歩行補助装置
【課題】左右方向の傾斜した路面に好適に対処することが可能な歩行補助装置を提供する。
【解決手段】歩行補助装置１０は、左右一対のジョイントの間に横架された支持部材であって、左右一対のジョイントにより左右方向軸回りに回動自在に支持されると共に、前後方向軸回りに回動自在に構成された少なくとも一つの回動支持部を有する支持部材２６と、支持部材の回動支持部から吊り下げられた、前側車輪および後側車輪の駆動制御用の電装部品２２と、支持部材に対する電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角を検出する吊下げ角センサ３４と、吊下げ角センサにより検出された電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角に基づいて、左側メインフレームおよび左側サブフレームの連結角度および右側メインフレームおよび右側サブフレームの連結角度をそれぞれ独立して制御するコントローラ１２ｄと、を備える。
【解決手段】歩行補助装置１０は、左右一対のジョイントの間に横架された支持部材であって、左右一対のジョイントにより左右方向軸回りに回動自在に支持されると共に、前後方向軸回りに回動自在に構成された少なくとも一つの回動支持部を有する支持部材２６と、支持部材の回動支持部から吊り下げられた、前側車輪および後側車輪の駆動制御用の電装部品２２と、支持部材に対する電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角を検出する吊下げ角センサ３４と、吊下げ角センサにより検出された電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角に基づいて、左側メインフレームおよび左側サブフレームの連結角度および右側メインフレームおよび右側サブフレームの連結角度をそれぞれ独立して制御するコントローラ１２ｄと、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行者の歩行を補助するための歩行補助装置、特に手押し車型の歩行補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来文献（特許文献１‐４）には、歩行補助装置の例が示されている。
【特許文献１】特許３１５６３６７号
【特許文献２】特開平１０‐２１６１８３号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ９８／４１１８２
【特許文献４】特開昭６１‐５０１６１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
歩行補助装置は、平坦な路面上で使用されるだけではなく、傾斜した路面上で使用されることもある。特に、路面が歩行補助装置の進行方向に対して垂直な方向（言い換えれば、歩行者の左右方向）に傾斜している場合には、歩行補助装置は不安定な状態となる。路面が過度に左右方向に傾斜している場合には、歩行補助装置が横転してしまう虞がある。
【０００４】
また、路面が歩行補助装置の進行方向に対して垂直な方向に傾斜している場合には、歩行補助装置の姿勢が歩行者に対して斜めになってしまう。例えば、歩行者の左右方向に傾斜した路面では、歩行補助装置のハンドルが歩行者に対して左側または右側に移動してしまう。このように、歩行者の左右方向に傾斜した路面では、歩行補助装置は歩行者にとって使用しづらいものとなる。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、左右方向の傾斜した路面に好適に対処することが可能な歩行補助装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するために、本発明の歩行補助装置は、歩行者が把持可能な高さで路面に対して水平に延設されるハンドルと、ハンドルの両端から歩行者の前側の斜め下方に向けて路面近傍まで延びる左右一対のメインフレームと、メインフレームの途中部分から歩行者付近の路面に向けて路面近傍まで延びる左右一対のサブフレームと、メインフレームの途中部分に設けられ、メインフレームに対してサブフレームを回動自在に連結する左右一対のジョイントと、メインフレームの路面近傍の下端に設けられ左右一対の前側車輪と、サブフレームの路面近傍の下端に設けられ左右一対の後側車輪と、左右一対のジョイントの間に横架された支持部材であって、左右一対のジョイントにより左右方向軸回りに回動自在に支持されると共に、前後方向軸回りに回動自在に構成された少なくとも一つの回動支持部を有する支持部材と、支持部材の回動支持部から吊り下げられた、前側車輪および後側車輪の駆動制御用の電装部品と、支持部材に対する電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角を検出する吊下げ角センサと、吊下げ角センサにより検出された電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角に基づいて、左側メインフレームおよび左側サブフレームの連結角度および右側メインフレームおよび右側サブフレームの連結角度をそれぞれ独立して制御するコントローラと、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の歩行補助装置では、左右一対のジョイントの間に支持部材が横架されており、この支持部材は、左右一対のジョイントにより左右方向軸回りに回動自在に支持されると共に、前後方向軸回りに回動自在に構成された回動支持部を有している。この支持部材の回動支持部には、前側車輪および後側車輪の駆動制御用の電装部品が吊り下げられており、吊下げ角センサが支持部材に対する電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角を検出する。コントローラは、吊下げ角センサにより検出された電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角に基づいて、左側メインフレームおよび左側サブフレームの連結角度および右側メインフレームおよび右側サブフレームの連結角度をそれぞれ独立して制御する。このため、本発明の歩行補助装置によれば、路面が左右方向に傾斜していても、左側メインフレームおよび左側サブフレームの連結角度および右側メインフレームおよび右側サブフレームの連結角度をそれぞれ独立して制御することで、歩行補助装置を安定な状態とすることができる。また、本発明の歩行補助装置によれば、路面が左右方向に傾斜していても、左側メインフレームおよび左側サブフレームの連結角度および右側メインフレームおよび右側サブフレームの連結角度をそれぞれ独立して制御することで、ハンドルの左右への移動を軽減することができる。
【０００８】
また、本発明の歩行補助装置において、コントローラは、吊下げ角センサにより検出された電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角に基づいて、左側が山側であり右側が谷側であると判定される場合に、右側メインフレームおよび右側サブフレームの連結角度よりも、左側メインフレームおよび左側サブフレームの連結角度を大きくすることが好ましい。この構成によれば、左側が山側であり右側が谷側であると判定される場合に、右側メインフレームおよび右側サブフレームの連結角度よりも、左側メインフレームおよび左側サブフレームの連結角度を大きくするため、歩行補助装置を安定な状態とすることができる。
【０００９】
また、本発明の歩行補助装置において、コントローラは、吊下げ角センサにより検出された電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角に基づいて、左側が谷側であり右側が山側であると判定される場合に、左側メインフレームおよび左側サブフレームの連結角度よりも、右側メインフレームおよび右側サブフレームの連結角度を大きくすることが好ましい。この構成によれば、左側が谷側であり右側が山側であると判定される場合に、左側メインフレームおよび左側サブフレームの連結角度よりも、右側メインフレームおよび右側サブフレームの連結角度を大きくするため、歩行補助装置を安定な状態とすることができる。
【００１０】
また、本発明の歩行補助装置は、左側メインフレームおよび左側サブフレームの連結角度を調節自在な左側ジョイントアクチュエータと、右側メインフレームおよび右側サブフレームの連結角度を調節自在な右側ジョイントアクチュエータと、をさらに備え、コントローラは、吊下げ角センサにより検出された電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角に基づいて、左側ジョイントアクチュエータおよび右側ジョイントアクチュエータのそれぞれを制御して、左前側車輪から左後側車輪までの左側車輪間距離および右前側車輪から右後側車輪までの右側車輪間距離を調節することにより、メインフレームおよびサブフレームの連結角度を制御することが好ましい。この構成によれば、メインフレームおよびサブフレームの連結角度を制御するために、左側ジョイントアクチュエータおよび右側ジョイントアクチュエータのそれぞれを制御するため、歩行補助装置を安定な状態とすることができる。
【００１１】
また、本発明の歩行補助装置において、コントローラは、ハンドルが水平な状態を維持するように、左側メインフレームおよび左側サブフレームの連結角度および右側メインフレームおよび右側サブフレームの連結角度をそれぞれ独立して制御する。よって、傾斜した路面であってもハンドルが略水平となるため、歩行者にとって歩行補助装置の使い心地を向上することができる。
【００１２】
また、本発明の歩行補助装置において、各車輪は、車輪にモータが内蔵されたインホイールモータであってもよい。また、本発明の歩行補助装置において、電装部品は、各車輪に電力を供給するための電源ユニットであってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、左右方向の傾斜した路面に好適に対処することが可能な歩行補助装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素または同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１５】
図１および図２は、本実施形態に係る歩行補助装置１０の外観を示している。また、図３は、本実施形態に係る歩行補助装置１０のブロック図を示している。図１、図２および図３を参照して、本実施形態に係る歩行補助装置１０の構成を説明する。
【００１６】
歩行補助装置１０は手押し車型であり、ハンドル１２、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒ、サブフレーム１６Ｌ，１６Ｒ、ジョイント１８Ｌ，１８Ｒ、支持部材２６、電源ユニット２２および車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲにより構成されている。図２に示されるように、歩行補助装置１０は、歩行者が歩行補助装置１０を手前に配置して、歩行補助装置１０の上端に配置されるハンドル１２を持つことにより、歩行補助装置１０が歩行者を支持し、歩行者の歩行を補助するように構成されている。
【００１７】
歩行補助装置１０のハンドル１２は、歩行者の胸部手前の把持可能な高さにおいて、路面に対して左右方向に水平に延設されている。ハンドル１２には、歩行者が歩行補助装置１０を制御するための複数のスイッチ類１２ａ，１２ｂ，１２ｃ（使用開始／終了スイッチ１２ｂなど）が設けられている。また、ハンドル１２の内部には、スイッチ類１２ａ，１２ｂ，１２ｃからの信号を取り込んで歩行補助装置１０の動作を制御するためのコントローラ１２ｄが設けられている。また、ハンドル１２の内部には、歩行者がハンドル１２を押す力を検出するための押力センサ１３が設けられている。
【００１８】
一対のメインフレーム１４Ｌ，１４Ｒは、ハンドル１２の両端から歩行者の前側の斜め下方に向けて延びている。一対のメインフレーム１４Ｌ，１４Ｒは、ハンドル１２の左端から延びる左側のメインフレーム１４Ｌと、ハンドル１２の右端から延びる右側のメインフレーム１４Ｒとからなる。各メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒは路面近傍まで延びており、各メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒの先端には前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲが回転自在に取り付けられている。
【００１９】
一対のサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒは、左側メインフレーム１４Ｌから延びる左側サブフレーム１６Ｌと、右側メインフレーム１４Ｒから延びる右側サブフレーム１６Ｒとからなる。一対のサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒは、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒの途中部分から斜め下方に向けて延びている。より詳しく説明すると、一対のサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒは、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒの途中部分に設けられたジョイント１８Ｌ，１８Ｒから、歩行者付近の路面に向けて延びている。各サブフレーム１６Ｌ，１６Ｒは路面近傍まで延びており、各サブフレーム１６Ｌ，１６Ｒの先端には後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが取り付けられている。
【００２０】
メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒおよびサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒに取り付けられた車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲのそれぞれは、車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲに駆動力または制動力を付与するためのモータを内蔵するインホイールモータユニットである。このインホイールモータユニット２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲは、コントローラ１２ｄによりそれぞれ独立して制御可能である。すなわち、このインホイールモータユニット２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲのそれぞれは、電源ユニット２２から電力の供給を受けて、コントローラ１２ｄからの制御指令に応じて駆動力または制動力を出力する。
【００２１】
メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒの途中部分に設けられた一対のジョイント１８Ｌ，１８Ｒは、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒに対してサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒを回動自在に連結する。一対のジョイント１８Ｌ，１８Ｒのそれぞれには、サブフレーム１６Ｌ，１６Ｒの連結角度ＡＬ，ＡＲ（図４参照）を調節するためのジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒが内蔵されている。このジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒは、コントローラ１２ｄによりそれぞれ独立して制御可能である。すなわち、このジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒのそれぞれは、電源ユニット２２から電力の供給を受けて、コントローラ１２ｄからの制御指令に応じてサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒを回動する。このジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒのそれぞれは、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒに対するサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒの連結角度ＡＬ，ＡＲを検出するためのフレーム角センサ３０Ｌ，３０Ｒを有している。
【００２２】
一対のジョイント１８Ｌ，１８Ｒは、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒに固定された軸受を用いてサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒを軸支しており、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒに対してサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒを回動可能としている。但し、ジョイント１８Ｌ，１８Ｒは、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒの一部でサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒを回動可能にすればよいため、例えば、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒとサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒとの間にゴム製のブッシュを介装した簡素化された構造としてもよい。これにより、歩行補助装置１０を軽量で安価に構成することができる。
【００２３】
一対のジョイント１８Ｌ，１８Ｒの間には、電源ユニット２２を吊り下げて支持するための支持部材２６が横架されている。支持部材２６は、上から見て十字形の部材であり、中央から左側ジョイント１８Ｌまで延設される左側延設部２６ａと、中央から右側ジョイント１８Ｒまで延設される右側延設部２６ｃと、中央から前方に延設される前側延設部２６ｂと、中央から後方に延設される後側延設部２６ｄと、を有している。左側延設部２６ａおよび右側延設部２６ｃは一対のジョイント１８Ｌ，１８Ｒにより軸支されており、一対のジョイント１８Ｌ，１８Ｒにより左右方向軸回りに回動自在に支持されている。前側延設部２６ｂの前端付近には前側回動支持部２８Ｆが設けられており、後側延設部２６ｄの後端付近には後側回動支持部２８Ｒが設けられている。
【００２４】
電源ユニット２２は、各車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲの駆動制御用の電装部品であり、各車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲに駆動用電力を供給する。電源ユニット２２は、前側吊下げバンド２４Ｆおよび後側吊下げバンド２４Ｒを用いて、前側回動支持部２８Ｆおよび後側回動支持部２８Ｒから吊り下げられている。前側回動支持部２８Ｆにはフレキシブルな１本の前側吊下げバンド２４Ｆが掛けられており、前側吊下げバンド２４Ｆの一端は電源ユニット２２の左前端に固定され、前側吊下げバンド２４Ｆの他端は電源ユニット２２の右前端に固定されている。また、後側回動支持部２８Ｒにはフレキシブルな１本の後側吊下げバンド２４Ｒが掛けられており、後側吊下げバンド２４Ｒの一端は電源ユニット２２の左後端に固定され、後側吊下げバンド２４Ｒの他端は電源ユニット２２の右後端に固定されている。
【００２５】
コントローラ１２ｄは、押力センサ１３の検出値を取り込むと、押力センサ１３の検出値に応じた目標速度を設定する。ここで、目標速度は、歩行補助装置１０から歩行者に適度な反力を与えて、歩行者が歩行補助装置１０に適度に寄り掛かることができる程度に設定される。コントローラ１２ｄは、歩行補助装置１０が目標速度で移動するようにインホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲを制御する。この歩行補助装置１０の制御方法によれば、歩行者が歩行補助装置１０に与える押力、言い換えれば、歩行補助装置１０が歩行者に与える反力を略一定にする。このため、歩行者は歩行補助装置１０に一定押力で寄り掛かることができるため、歩行者の姿勢を安定させることができると共に、歩行者の使い心地を向上することができる。
【００２６】
前側回動支持部２８Ｆの内部において、前側吊下げバンド２４Ｆは前後方向軸回りに回動自在に支持されている。また、後側回動支持部２８Ｒの内部において、後側吊下げバンド２４Ｒは前後方向軸回りに回動自在に支持されている。よって、電源ユニット２２の重心は、常に、支持部材２６の中央から重力の作用する方向に位置する。すなわち、歩行補助装置１０が平坦な路面にある時だけでなく、歩行補助装置１０が傾斜した路面にある時にも、電源ユニット２２の重心は支持部材２６の中央の真下に位置する。
【００２７】
前後方向に傾斜した路面において歩行補助装置１０が傾斜した場合には、ジョイント１８Ｌ，１８Ｒにおいて支持部材２６が左右方向軸回りに回動するため、ジョイント１８Ｌ，１８Ｒに対して電源ユニット２２は回動する。また、左右方向に傾斜した路面において歩行補助装置１０が傾斜した場合には、前側回動支持部２８Ｆおよび後側回動支持部２８Ｒにおいて吊下げバンド２４Ｆ，２４Ｒが前後方向軸回りに回動するため、支持部材２６に対して電源ユニット２２は回動する。
【００２８】
なお、図４には、支持部材２６および電源ユニット２２を取り外した歩行補助装置１０が示されている。図４に示されるように、左側連結角度ＡＬは、左側ジョイント１８Ｌを頂点として左側メインフレーム１４Ｌおよび左側サブフレーム１６Ｌがなす角度であり、右側連結角度ＡＲは、右側ジョイント１８Ｒを頂点として右側メインフレーム１４Ｒおよび右側サブフレーム１６Ｒがなす角度である。また、左側車輪間距離ＤＬは、左前側車輪２０ＦＬの回転軸から左後側車輪２０ＲＬの回転軸までの前後方向の離間距離であり、右側車輪間距離ＤＲは、右前側車輪２０ＦＲの回転軸から右後側車輪２０ＲＲの回転軸までの前後方向の離間距離である。
【００２９】
ジョイント１８Ｌ，１８Ｒの内部には、電源ユニット２２の左右方向軸回りの吊下げ角ＡＦＲを検出するための第１吊下げ角センサ３２が設けられている。図５に示されるように、第１吊下げ角センサ３２は、ジョイント１８Ｌ，１８Ｒに対する電源ユニット２２の回動角ＡＦＲを検出する。この電源ユニット２２の回動角ＡＦＲは、歩行補助装置１０の側方から見て路面垂線ＬＶと重力作用方向ＬＧとがなす角度であり、路面の前後方向の傾斜角度に相当する。すなわち、第１吊下げ角センサ３２は、路面の前後方向の勾配を検出するための勾配センサである。
【００３０】
また、回動支持部２８Ｆ，２８Ｒの内部には、電源ユニット２２の前後方向軸回りの吊下げ角ＡＬＲを検出するための第２吊下げ角センサ３４が設けられている。図６に示されるように、第２吊下げ角センサ３４は、回動支持部２８Ｆ，２８Ｒに対する電源ユニット２２の回動角ＡＬＲを検出する。この電源ユニット２２の回動角ＡＬＲは、歩行補助装置１０の前方から見て路面垂線ＬＶと重力作用方向ＬＧとがなす角度であり、路面の左右方向の傾斜角度に相当する。すなわち、第２吊下げ角センサ３４は、路面の左右方向の勾配を検出するための勾配センサである。
【００３１】
本実施形態において、歩行補助装置１０は特殊構造を有する。図７を参照して、歩行補助装置１０の特殊構造を説明する。歩行補助装置１０が略平坦な路面にある場合には、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒのジョイント１８Ｌ，１８Ｒよりも上側の部分（以下、メインフレーム上部と呼ぶ）１４Ｌａ，１４Ｒａは、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒのジョイント１８Ｌ，１８Ｒよりも下側の部分（以下、メインフレーム下部と呼ぶ）１４Ｌｂ，１４Ｒｂとロックされて一体化されており、メインフレーム下部１４Ｌｂ，１４Ｒｂと直線的に結合している。一方、歩行補助装置１０が傾斜した路面にある場合には、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒおよびサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒは、次に説明するように動作可能である。
【００３２】
すなわち、歩行補助装置１０が傾斜した路面にある場合には、コントローラ１２ｄからの制御信号に応じて、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａとメインフレーム下部１４Ｌｂ，１４Ｒｂとのロックが解除されて、メインフレーム下部１４Ｌｂ，１４Ｒｂはメインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａから分離される。そして、コントローラ１２ｄからの同制御信号に応じて、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａの姿勢（傾斜角度）を維持したまま、メインフレーム下部１４Ｌｂ，１４Ｒｂおよびサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒの連結角度ＡＬ，ＡＲを変化させる。ここで、メインフレーム下部１４Ｌｂ，１４Ｒｂの角度変化方向は、サブフレーム１６Ｌ，１６Ｒの角度変化方向と逆であり、メインフレーム下部１４Ｌｂ，１４Ｒｂの角度変化量は、サブフレーム１６Ｌ，１６Ｒの角度変化量に等しい。
【００３３】
コントローラ１２ｄは、電源ユニット２２の前後方向軸回りの吊下げ角ＡＬＲに基づいて、左側ジョイントアクチュエータ１９Ｌおよび右側ジョイントアクチュエータ１９Ｒのそれぞれに異なる制御信号を与えて、左側連結角度ＡＬおよび右側連結角度ＡＲをそれぞれ独立して制御する。左側連結角度ＡＬおよび右側連結角度ＡＲをそれぞれ独立して制御することにより、左側車輪間距離ＤＬおよび右側車輪間距離ＤＲのそれぞれを異なる距離に調節することができる。歩行補助装置１０が左右方向に傾斜する路面を移動する場合に、コントローラ１２ｄが、第２吊下げ角センサ３４により検出された電源ユニット２２の前後方向軸回りの吊下げ角ＡＬＲに基づいて、左側連結角度ＡＬおよび右側連結角度ＡＲをそれぞれ独立して制御することにより、歩行補助装置１０の安定性を向上することができる。
【００３４】
上述したように、本実施形態では、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒはメインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａおよびメインフレーム下部１４Ｌｂ，１４Ｒｂに分離可能に構成されており、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａの姿勢を維持したまま、メインフレーム下部１４Ｌｂ，１４Ｒｂおよびサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒの連結角度ＡＬ，ＡＲを変更する。但し、他の実施形態では、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒを分離不可能に構成し、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒに対するサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒの連結角度を変更するのみでもよい。
【００３５】
次に、図８〜図１１を参照して、歩行補助装置１０が傾斜した路面にある時のコントローラ１２ｄの制御を説明する。図８は、傾斜した路面におけるコントローラ１２ｄの制御のフローチャートである。図９は、傾斜した路面における支持部材２６および電源ユニット２２の動作を示している。図１０および図１１は、傾斜した路面における歩行補助装置１０の姿勢変化を示している。
【００３６】
ステップ８０１において、コントローラ１２ｄは、第１吊下げ角センサ３２および第２吊下げ角センサ３４の検出出力を取り込んで、路面の勾配を検出する。すなわち、図９に示されるように、コントローラ１２ｄは、第１吊下げ角センサ３２の検出出力を取り込んで、電源ユニット２２の左右方向軸ＬＬＲ回りの吊下げ角ＡＦＲを検出し、この吊下げ角ＡＦＲを路面の前後方向の勾配として認識する。また、コントローラ１２ｄは、第２吊下げ角センサ３４の検出出力を取り込んで、電源ユニット２２の前後方向軸ＬＦＲ回りの吊下げ角ＡＬＲを検出し、この吊下げ角ＡＬＲを路面の左右方向の勾配として認識する。コントローラ１２ｄは、路面が左右方向に傾斜している場合には、ステップ８０２以降の処理を行う。
【００３７】
ステップ８０２において、コントローラ１２ｄは、路面の左右方向の勾配ＡＬＲに基づいて、左側車輪間距離ＤＬおよび右側車輪間距離ＤＲを決定する。すなわち、コントローラ１２ｄは、左側が山側であり右側が谷側であると判定される場合に、右側連結角度ＡＲよりも左側連結角度ＡＬを大きくするように、左側車輪間距離ＤＬおよび右側車輪間距離ＤＲを決定する。また、コントローラ１２ｄは、左側が谷側であり右側が山側であると判定される場合に、左側連結角度ＡＬよりも右側連結角度ＡＲを大きくするように、左側車輪間距離ＤＬおよび右側車輪間距離ＤＲを決定する。
【００３８】
ステップ８０３において、コントローラ１２ｄは、決定された左側車輪間距離ＤＬおよび右側車輪間距離ＤＲとなるように、ジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒを制御する。この結果、歩行補助装置１０は、図１０および図１１に示される姿勢となる。図１０は、路面前側から見た歩行補助装置１０を示しており、図１１は、路面山側（図１０の矢印ＸＩ方向）から見た歩行補助装置１０を示している。図１０および図１１に示されるように、歩行補助装置１０は、路面山側の車輪間距離ＤＬが長く路面谷側の車輪間距離ＤＲが短い状態となり、ハンドル１２および支持部材２６が略水平となっている。
【００３９】
ステップ８０４において、コントローラ１２ｄは、押力センサ１３の検出値を取り込んで目標速度を設定し、この目標速度で歩行補助装置１０が走行するようにインホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲを制御する。歩行補助装置１０が目標速度で走行している時に、歩行補助装置１０から歩行者に適度な反力が与えられ、歩行者が歩行補助装置１０に適度に寄り掛かることができるようになる。
【００４０】
上記に説明した左右方向に傾斜した路面における制御方法によれば、コントローラ１２ｄが左側車輪間距離ＤＬおよび右側車輪間距離ＤＲのそれぞれを独立して制御するため、歩行補助装置１０を安定な状態とすることができる。すなわち、仮に左側車輪間距離ＤＬおよび右側車輪間距離ＤＲをそれぞれ独立して制御できない場合を想定すると、歩行補助装置１０が傾斜した路面にある場合には、路面の傾斜角度に応じて歩行補助装置１０の姿勢は傾き、歩行補助装置１０が横転する虞がある。これに対して、本実施形態のように左側車輪間距離ＤＬおよび右側車輪間距離ＤＲをそれぞれ独立して制御した場合には、歩行補助装置１０が傾斜した路面にある場合でも、路面の傾斜に応じて歩行補助装置１０の姿勢を安定させ、歩行補助装置１０の横転を未然に防止することができる。
【００４１】
また、仮に左側車輪間距離ＤＬおよび右側車輪間距離ＤＲをそれぞれ独立して制御できない場合を想定すると、歩行補助装置１０が傾斜した路面にある場合には、路面の傾斜角度に応じて歩行補助装置１０の姿勢は傾き、ハンドル１２が歩行者に対して左側または右側に移動してしまう。これに対して、本実施形態の制御方法によれば、コントローラ１２ｄが左側車輪間距離ＤＬおよび右側車輪間距離ＤＲのそれぞれを独立して制御するため、歩行補助装置１０が傾斜した路面にある場合にも歩行補助装置１０を比較的に鉛直な姿勢とすることができる。よって、歩行補助装置１０の姿勢が歩行者に対して斜めにならないようにして、歩行補助装置１０のハンドルが左側または右側に移動することを防止するため、歩行者にとって歩行補助装置１０の使い心地を向上することができる。
【００４２】
特に、前述のようにメインフレーム１４Ｌ，１４Ｒはメインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａおよびメインフレーム下部１４Ｌｂ，１４Ｒｂに分離可能に構成されており、歩行補助装置１０が傾斜した路面にある場合に、ジョイント１８Ｌ，１８Ｒに対してメインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａが回動しない。よって、傾斜した路面においてもハンドル１２が略水平となるため、歩行者にとって歩行補助装置１０の使い心地を向上することができる。
【００４３】
図１２は、歩行補助装置１０の制御系を示すシステム図が示されている。図１２に示される歩行補助装置１０の制御系により、歩行補助装置１０の上記制御が実現される。この歩行補助装置１０の制御系では、路面の左右方向の傾斜角度ＡＬＲの検出値をフィードバックして、ＰＩＤ制御により歩行補助装置１０の姿勢を好適に制御する。より詳しく説明すると、歩行補助装置１０のロール角（傾斜角度ＡＬＲの検出値Ｍ）からロール角目標値を減算して得た偏差Ｍに比例ゲインＧｐを乗じた比例項Ｐを演算し、また偏差Ｍを積分した値に積分ゲインＧｉを乗じた積分項Ｉを演算し、また偏差Ｍを微分した値に微分ゲインＧｄを乗じた微分項Ｄを演算し、これら３つの値Ｐ，Ｉ，Ｄを加算して傾斜角度ＡＬＲの制御値Ｏを生成する。そして、制御値Ｏに差分値（０．５）を加算して得た制御値Ｓを用いて右側車輪間距離ＤＲを制御すると共に、制御値Ｏから差分値（０．５）を減算して得た制御値Ｔを用いて左側車輪間距離ＤＬを制御する。この結果、歩行補助装置１０のロール角がロール角目標値に制御される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】歩行補助装置の外観を示す斜視図である。
【図２】歩行補助装置の外観を示す側面図である。
【図３】歩行補助装置を示すブロック図である。
【図４】連結角度ＡＬ，ＡＲおよび車輪間距離ＤＬ，ＤＲを示す図である。
【図５】電源ユニットの左右方向軸回りの吊下げ角度ＡＦＲを示す図である。
【図６】電源ユニットの前後方向軸回りの吊下げ角度ＡＬＲを示す図である。
【図７】歩行補助装置の姿勢変化を示す説明図である。
【図８】左右方向に傾斜した路面における歩行補助装置の制御を示すフローチャートである。
【図９】路面傾斜の検出方法を説明するための説明図である。
【図１０】左右方向に傾斜した路面における歩行補助装置を示す前面図である。
【図１１】左右方向に傾斜した路面における歩行補助装置を示す側面図である。
【図１２】歩行補助装置の制御系を示すシステム図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０…歩行補助装置、１２…ハンドル、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…スイッチ類、１２ｄ…コントローラ、１３…押力センサ、１４Ｌ，１４Ｒ…メインフレーム、１４Ｌａ，１４Ｒａ…メインフレーム上部、１４Ｌｂ，１４Ｒｂ…メインフレーム下部、１６Ｌ，１６Ｒ…サブフレーム、１８Ｌ，１８Ｒ…ジョイント、１９Ｌ，１９Ｒ…ジョイントアクチュエータ、２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲ…車輪（インホイールモータ）、２２…電源ユニット（電装部品）、２４Ｆ…前側吊下げバンド、２４Ｒ…後側吊下げバンド、２６…支持部材、２８Ｆ，２８Ｒ…回動支持部、３０Ｌ，３０Ｒ…フレーム角センサ、３２…第１吊下げ角センサ、３４…第２吊下げ角センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行者の歩行を補助するための歩行補助装置、特に手押し車型の歩行補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来文献（特許文献１‐４）には、歩行補助装置の例が示されている。
【特許文献１】特許３１５６３６７号
【特許文献２】特開平１０‐２１６１８３号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ９８／４１１８２
【特許文献４】特開昭６１‐５０１６１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
歩行補助装置は、平坦な路面上で使用されるだけではなく、傾斜した路面上で使用されることもある。特に、路面が歩行補助装置の進行方向に対して垂直な方向（言い換えれば、歩行者の左右方向）に傾斜している場合には、歩行補助装置は不安定な状態となる。路面が過度に左右方向に傾斜している場合には、歩行補助装置が横転してしまう虞がある。
【０００４】
また、路面が歩行補助装置の進行方向に対して垂直な方向に傾斜している場合には、歩行補助装置の姿勢が歩行者に対して斜めになってしまう。例えば、歩行者の左右方向に傾斜した路面では、歩行補助装置のハンドルが歩行者に対して左側または右側に移動してしまう。このように、歩行者の左右方向に傾斜した路面では、歩行補助装置は歩行者にとって使用しづらいものとなる。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、左右方向の傾斜した路面に好適に対処することが可能な歩行補助装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するために、本発明の歩行補助装置は、歩行者が把持可能な高さで路面に対して水平に延設されるハンドルと、ハンドルの両端から歩行者の前側の斜め下方に向けて路面近傍まで延びる左右一対のメインフレームと、メインフレームの途中部分から歩行者付近の路面に向けて路面近傍まで延びる左右一対のサブフレームと、メインフレームの途中部分に設けられ、メインフレームに対してサブフレームを回動自在に連結する左右一対のジョイントと、メインフレームの路面近傍の下端に設けられ左右一対の前側車輪と、サブフレームの路面近傍の下端に設けられ左右一対の後側車輪と、左右一対のジョイントの間に横架された支持部材であって、左右一対のジョイントにより左右方向軸回りに回動自在に支持されると共に、前後方向軸回りに回動自在に構成された少なくとも一つの回動支持部を有する支持部材と、支持部材の回動支持部から吊り下げられた、前側車輪および後側車輪の駆動制御用の電装部品と、支持部材に対する電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角を検出する吊下げ角センサと、吊下げ角センサにより検出された電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角に基づいて、左側メインフレームおよび左側サブフレームの連結角度および右側メインフレームおよび右側サブフレームの連結角度をそれぞれ独立して制御するコントローラと、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の歩行補助装置では、左右一対のジョイントの間に支持部材が横架されており、この支持部材は、左右一対のジョイントにより左右方向軸回りに回動自在に支持されると共に、前後方向軸回りに回動自在に構成された回動支持部を有している。この支持部材の回動支持部には、前側車輪および後側車輪の駆動制御用の電装部品が吊り下げられており、吊下げ角センサが支持部材に対する電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角を検出する。コントローラは、吊下げ角センサにより検出された電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角に基づいて、左側メインフレームおよび左側サブフレームの連結角度および右側メインフレームおよび右側サブフレームの連結角度をそれぞれ独立して制御する。このため、本発明の歩行補助装置によれば、路面が左右方向に傾斜していても、左側メインフレームおよび左側サブフレームの連結角度および右側メインフレームおよび右側サブフレームの連結角度をそれぞれ独立して制御することで、歩行補助装置を安定な状態とすることができる。また、本発明の歩行補助装置によれば、路面が左右方向に傾斜していても、左側メインフレームおよび左側サブフレームの連結角度および右側メインフレームおよび右側サブフレームの連結角度をそれぞれ独立して制御することで、ハンドルの左右への移動を軽減することができる。
【０００８】
また、本発明の歩行補助装置において、コントローラは、吊下げ角センサにより検出された電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角に基づいて、左側が山側であり右側が谷側であると判定される場合に、右側メインフレームおよび右側サブフレームの連結角度よりも、左側メインフレームおよび左側サブフレームの連結角度を大きくすることが好ましい。この構成によれば、左側が山側であり右側が谷側であると判定される場合に、右側メインフレームおよび右側サブフレームの連結角度よりも、左側メインフレームおよび左側サブフレームの連結角度を大きくするため、歩行補助装置を安定な状態とすることができる。
【０００９】
また、本発明の歩行補助装置において、コントローラは、吊下げ角センサにより検出された電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角に基づいて、左側が谷側であり右側が山側であると判定される場合に、左側メインフレームおよび左側サブフレームの連結角度よりも、右側メインフレームおよび右側サブフレームの連結角度を大きくすることが好ましい。この構成によれば、左側が谷側であり右側が山側であると判定される場合に、左側メインフレームおよび左側サブフレームの連結角度よりも、右側メインフレームおよび右側サブフレームの連結角度を大きくするため、歩行補助装置を安定な状態とすることができる。
【００１０】
また、本発明の歩行補助装置は、左側メインフレームおよび左側サブフレームの連結角度を調節自在な左側ジョイントアクチュエータと、右側メインフレームおよび右側サブフレームの連結角度を調節自在な右側ジョイントアクチュエータと、をさらに備え、コントローラは、吊下げ角センサにより検出された電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角に基づいて、左側ジョイントアクチュエータおよび右側ジョイントアクチュエータのそれぞれを制御して、左前側車輪から左後側車輪までの左側車輪間距離および右前側車輪から右後側車輪までの右側車輪間距離を調節することにより、メインフレームおよびサブフレームの連結角度を制御することが好ましい。この構成によれば、メインフレームおよびサブフレームの連結角度を制御するために、左側ジョイントアクチュエータおよび右側ジョイントアクチュエータのそれぞれを制御するため、歩行補助装置を安定な状態とすることができる。
【００１１】
また、本発明の歩行補助装置において、コントローラは、ハンドルが水平な状態を維持するように、左側メインフレームおよび左側サブフレームの連結角度および右側メインフレームおよび右側サブフレームの連結角度をそれぞれ独立して制御する。よって、傾斜した路面であってもハンドルが略水平となるため、歩行者にとって歩行補助装置の使い心地を向上することができる。
【００１２】
また、本発明の歩行補助装置において、各車輪は、車輪にモータが内蔵されたインホイールモータであってもよい。また、本発明の歩行補助装置において、電装部品は、各車輪に電力を供給するための電源ユニットであってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、左右方向の傾斜した路面に好適に対処することが可能な歩行補助装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素または同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１５】
図１および図２は、本実施形態に係る歩行補助装置１０の外観を示している。また、図３は、本実施形態に係る歩行補助装置１０のブロック図を示している。図１、図２および図３を参照して、本実施形態に係る歩行補助装置１０の構成を説明する。
【００１６】
歩行補助装置１０は手押し車型であり、ハンドル１２、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒ、サブフレーム１６Ｌ，１６Ｒ、ジョイント１８Ｌ，１８Ｒ、支持部材２６、電源ユニット２２および車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲにより構成されている。図２に示されるように、歩行補助装置１０は、歩行者が歩行補助装置１０を手前に配置して、歩行補助装置１０の上端に配置されるハンドル１２を持つことにより、歩行補助装置１０が歩行者を支持し、歩行者の歩行を補助するように構成されている。
【００１７】
歩行補助装置１０のハンドル１２は、歩行者の胸部手前の把持可能な高さにおいて、路面に対して左右方向に水平に延設されている。ハンドル１２には、歩行者が歩行補助装置１０を制御するための複数のスイッチ類１２ａ，１２ｂ，１２ｃ（使用開始／終了スイッチ１２ｂなど）が設けられている。また、ハンドル１２の内部には、スイッチ類１２ａ，１２ｂ，１２ｃからの信号を取り込んで歩行補助装置１０の動作を制御するためのコントローラ１２ｄが設けられている。また、ハンドル１２の内部には、歩行者がハンドル１２を押す力を検出するための押力センサ１３が設けられている。
【００１８】
一対のメインフレーム１４Ｌ，１４Ｒは、ハンドル１２の両端から歩行者の前側の斜め下方に向けて延びている。一対のメインフレーム１４Ｌ，１４Ｒは、ハンドル１２の左端から延びる左側のメインフレーム１４Ｌと、ハンドル１２の右端から延びる右側のメインフレーム１４Ｒとからなる。各メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒは路面近傍まで延びており、各メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒの先端には前側車輪２０ＦＬ，２０ＦＲが回転自在に取り付けられている。
【００１９】
一対のサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒは、左側メインフレーム１４Ｌから延びる左側サブフレーム１６Ｌと、右側メインフレーム１４Ｒから延びる右側サブフレーム１６Ｒとからなる。一対のサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒは、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒの途中部分から斜め下方に向けて延びている。より詳しく説明すると、一対のサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒは、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒの途中部分に設けられたジョイント１８Ｌ，１８Ｒから、歩行者付近の路面に向けて延びている。各サブフレーム１６Ｌ，１６Ｒは路面近傍まで延びており、各サブフレーム１６Ｌ，１６Ｒの先端には後側車輪２０ＲＬ，２０ＲＲが取り付けられている。
【００２０】
メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒおよびサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒに取り付けられた車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲのそれぞれは、車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲに駆動力または制動力を付与するためのモータを内蔵するインホイールモータユニットである。このインホイールモータユニット２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲは、コントローラ１２ｄによりそれぞれ独立して制御可能である。すなわち、このインホイールモータユニット２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲのそれぞれは、電源ユニット２２から電力の供給を受けて、コントローラ１２ｄからの制御指令に応じて駆動力または制動力を出力する。
【００２１】
メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒの途中部分に設けられた一対のジョイント１８Ｌ，１８Ｒは、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒに対してサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒを回動自在に連結する。一対のジョイント１８Ｌ，１８Ｒのそれぞれには、サブフレーム１６Ｌ，１６Ｒの連結角度ＡＬ，ＡＲ（図４参照）を調節するためのジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒが内蔵されている。このジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒは、コントローラ１２ｄによりそれぞれ独立して制御可能である。すなわち、このジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒのそれぞれは、電源ユニット２２から電力の供給を受けて、コントローラ１２ｄからの制御指令に応じてサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒを回動する。このジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒのそれぞれは、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒに対するサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒの連結角度ＡＬ，ＡＲを検出するためのフレーム角センサ３０Ｌ，３０Ｒを有している。
【００２２】
一対のジョイント１８Ｌ，１８Ｒは、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒに固定された軸受を用いてサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒを軸支しており、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒに対してサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒを回動可能としている。但し、ジョイント１８Ｌ，１８Ｒは、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒの一部でサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒを回動可能にすればよいため、例えば、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒとサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒとの間にゴム製のブッシュを介装した簡素化された構造としてもよい。これにより、歩行補助装置１０を軽量で安価に構成することができる。
【００２３】
一対のジョイント１８Ｌ，１８Ｒの間には、電源ユニット２２を吊り下げて支持するための支持部材２６が横架されている。支持部材２６は、上から見て十字形の部材であり、中央から左側ジョイント１８Ｌまで延設される左側延設部２６ａと、中央から右側ジョイント１８Ｒまで延設される右側延設部２６ｃと、中央から前方に延設される前側延設部２６ｂと、中央から後方に延設される後側延設部２６ｄと、を有している。左側延設部２６ａおよび右側延設部２６ｃは一対のジョイント１８Ｌ，１８Ｒにより軸支されており、一対のジョイント１８Ｌ，１８Ｒにより左右方向軸回りに回動自在に支持されている。前側延設部２６ｂの前端付近には前側回動支持部２８Ｆが設けられており、後側延設部２６ｄの後端付近には後側回動支持部２８Ｒが設けられている。
【００２４】
電源ユニット２２は、各車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲの駆動制御用の電装部品であり、各車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲに駆動用電力を供給する。電源ユニット２２は、前側吊下げバンド２４Ｆおよび後側吊下げバンド２４Ｒを用いて、前側回動支持部２８Ｆおよび後側回動支持部２８Ｒから吊り下げられている。前側回動支持部２８Ｆにはフレキシブルな１本の前側吊下げバンド２４Ｆが掛けられており、前側吊下げバンド２４Ｆの一端は電源ユニット２２の左前端に固定され、前側吊下げバンド２４Ｆの他端は電源ユニット２２の右前端に固定されている。また、後側回動支持部２８Ｒにはフレキシブルな１本の後側吊下げバンド２４Ｒが掛けられており、後側吊下げバンド２４Ｒの一端は電源ユニット２２の左後端に固定され、後側吊下げバンド２４Ｒの他端は電源ユニット２２の右後端に固定されている。
【００２５】
コントローラ１２ｄは、押力センサ１３の検出値を取り込むと、押力センサ１３の検出値に応じた目標速度を設定する。ここで、目標速度は、歩行補助装置１０から歩行者に適度な反力を与えて、歩行者が歩行補助装置１０に適度に寄り掛かることができる程度に設定される。コントローラ１２ｄは、歩行補助装置１０が目標速度で移動するようにインホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲを制御する。この歩行補助装置１０の制御方法によれば、歩行者が歩行補助装置１０に与える押力、言い換えれば、歩行補助装置１０が歩行者に与える反力を略一定にする。このため、歩行者は歩行補助装置１０に一定押力で寄り掛かることができるため、歩行者の姿勢を安定させることができると共に、歩行者の使い心地を向上することができる。
【００２６】
前側回動支持部２８Ｆの内部において、前側吊下げバンド２４Ｆは前後方向軸回りに回動自在に支持されている。また、後側回動支持部２８Ｒの内部において、後側吊下げバンド２４Ｒは前後方向軸回りに回動自在に支持されている。よって、電源ユニット２２の重心は、常に、支持部材２６の中央から重力の作用する方向に位置する。すなわち、歩行補助装置１０が平坦な路面にある時だけでなく、歩行補助装置１０が傾斜した路面にある時にも、電源ユニット２２の重心は支持部材２６の中央の真下に位置する。
【００２７】
前後方向に傾斜した路面において歩行補助装置１０が傾斜した場合には、ジョイント１８Ｌ，１８Ｒにおいて支持部材２６が左右方向軸回りに回動するため、ジョイント１８Ｌ，１８Ｒに対して電源ユニット２２は回動する。また、左右方向に傾斜した路面において歩行補助装置１０が傾斜した場合には、前側回動支持部２８Ｆおよび後側回動支持部２８Ｒにおいて吊下げバンド２４Ｆ，２４Ｒが前後方向軸回りに回動するため、支持部材２６に対して電源ユニット２２は回動する。
【００２８】
なお、図４には、支持部材２６および電源ユニット２２を取り外した歩行補助装置１０が示されている。図４に示されるように、左側連結角度ＡＬは、左側ジョイント１８Ｌを頂点として左側メインフレーム１４Ｌおよび左側サブフレーム１６Ｌがなす角度であり、右側連結角度ＡＲは、右側ジョイント１８Ｒを頂点として右側メインフレーム１４Ｒおよび右側サブフレーム１６Ｒがなす角度である。また、左側車輪間距離ＤＬは、左前側車輪２０ＦＬの回転軸から左後側車輪２０ＲＬの回転軸までの前後方向の離間距離であり、右側車輪間距離ＤＲは、右前側車輪２０ＦＲの回転軸から右後側車輪２０ＲＲの回転軸までの前後方向の離間距離である。
【００２９】
ジョイント１８Ｌ，１８Ｒの内部には、電源ユニット２２の左右方向軸回りの吊下げ角ＡＦＲを検出するための第１吊下げ角センサ３２が設けられている。図５に示されるように、第１吊下げ角センサ３２は、ジョイント１８Ｌ，１８Ｒに対する電源ユニット２２の回動角ＡＦＲを検出する。この電源ユニット２２の回動角ＡＦＲは、歩行補助装置１０の側方から見て路面垂線ＬＶと重力作用方向ＬＧとがなす角度であり、路面の前後方向の傾斜角度に相当する。すなわち、第１吊下げ角センサ３２は、路面の前後方向の勾配を検出するための勾配センサである。
【００３０】
また、回動支持部２８Ｆ，２８Ｒの内部には、電源ユニット２２の前後方向軸回りの吊下げ角ＡＬＲを検出するための第２吊下げ角センサ３４が設けられている。図６に示されるように、第２吊下げ角センサ３４は、回動支持部２８Ｆ，２８Ｒに対する電源ユニット２２の回動角ＡＬＲを検出する。この電源ユニット２２の回動角ＡＬＲは、歩行補助装置１０の前方から見て路面垂線ＬＶと重力作用方向ＬＧとがなす角度であり、路面の左右方向の傾斜角度に相当する。すなわち、第２吊下げ角センサ３４は、路面の左右方向の勾配を検出するための勾配センサである。
【００３１】
本実施形態において、歩行補助装置１０は特殊構造を有する。図７を参照して、歩行補助装置１０の特殊構造を説明する。歩行補助装置１０が略平坦な路面にある場合には、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒのジョイント１８Ｌ，１８Ｒよりも上側の部分（以下、メインフレーム上部と呼ぶ）１４Ｌａ，１４Ｒａは、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒのジョイント１８Ｌ，１８Ｒよりも下側の部分（以下、メインフレーム下部と呼ぶ）１４Ｌｂ，１４Ｒｂとロックされて一体化されており、メインフレーム下部１４Ｌｂ，１４Ｒｂと直線的に結合している。一方、歩行補助装置１０が傾斜した路面にある場合には、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒおよびサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒは、次に説明するように動作可能である。
【００３２】
すなわち、歩行補助装置１０が傾斜した路面にある場合には、コントローラ１２ｄからの制御信号に応じて、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａとメインフレーム下部１４Ｌｂ，１４Ｒｂとのロックが解除されて、メインフレーム下部１４Ｌｂ，１４Ｒｂはメインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａから分離される。そして、コントローラ１２ｄからの同制御信号に応じて、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａの姿勢（傾斜角度）を維持したまま、メインフレーム下部１４Ｌｂ，１４Ｒｂおよびサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒの連結角度ＡＬ，ＡＲを変化させる。ここで、メインフレーム下部１４Ｌｂ，１４Ｒｂの角度変化方向は、サブフレーム１６Ｌ，１６Ｒの角度変化方向と逆であり、メインフレーム下部１４Ｌｂ，１４Ｒｂの角度変化量は、サブフレーム１６Ｌ，１６Ｒの角度変化量に等しい。
【００３３】
コントローラ１２ｄは、電源ユニット２２の前後方向軸回りの吊下げ角ＡＬＲに基づいて、左側ジョイントアクチュエータ１９Ｌおよび右側ジョイントアクチュエータ１９Ｒのそれぞれに異なる制御信号を与えて、左側連結角度ＡＬおよび右側連結角度ＡＲをそれぞれ独立して制御する。左側連結角度ＡＬおよび右側連結角度ＡＲをそれぞれ独立して制御することにより、左側車輪間距離ＤＬおよび右側車輪間距離ＤＲのそれぞれを異なる距離に調節することができる。歩行補助装置１０が左右方向に傾斜する路面を移動する場合に、コントローラ１２ｄが、第２吊下げ角センサ３４により検出された電源ユニット２２の前後方向軸回りの吊下げ角ＡＬＲに基づいて、左側連結角度ＡＬおよび右側連結角度ＡＲをそれぞれ独立して制御することにより、歩行補助装置１０の安定性を向上することができる。
【００３４】
上述したように、本実施形態では、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒはメインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａおよびメインフレーム下部１４Ｌｂ，１４Ｒｂに分離可能に構成されており、メインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａの姿勢を維持したまま、メインフレーム下部１４Ｌｂ，１４Ｒｂおよびサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒの連結角度ＡＬ，ＡＲを変更する。但し、他の実施形態では、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒを分離不可能に構成し、メインフレーム１４Ｌ，１４Ｒに対するサブフレーム１６Ｌ，１６Ｒの連結角度を変更するのみでもよい。
【００３５】
次に、図８〜図１１を参照して、歩行補助装置１０が傾斜した路面にある時のコントローラ１２ｄの制御を説明する。図８は、傾斜した路面におけるコントローラ１２ｄの制御のフローチャートである。図９は、傾斜した路面における支持部材２６および電源ユニット２２の動作を示している。図１０および図１１は、傾斜した路面における歩行補助装置１０の姿勢変化を示している。
【００３６】
ステップ８０１において、コントローラ１２ｄは、第１吊下げ角センサ３２および第２吊下げ角センサ３４の検出出力を取り込んで、路面の勾配を検出する。すなわち、図９に示されるように、コントローラ１２ｄは、第１吊下げ角センサ３２の検出出力を取り込んで、電源ユニット２２の左右方向軸ＬＬＲ回りの吊下げ角ＡＦＲを検出し、この吊下げ角ＡＦＲを路面の前後方向の勾配として認識する。また、コントローラ１２ｄは、第２吊下げ角センサ３４の検出出力を取り込んで、電源ユニット２２の前後方向軸ＬＦＲ回りの吊下げ角ＡＬＲを検出し、この吊下げ角ＡＬＲを路面の左右方向の勾配として認識する。コントローラ１２ｄは、路面が左右方向に傾斜している場合には、ステップ８０２以降の処理を行う。
【００３７】
ステップ８０２において、コントローラ１２ｄは、路面の左右方向の勾配ＡＬＲに基づいて、左側車輪間距離ＤＬおよび右側車輪間距離ＤＲを決定する。すなわち、コントローラ１２ｄは、左側が山側であり右側が谷側であると判定される場合に、右側連結角度ＡＲよりも左側連結角度ＡＬを大きくするように、左側車輪間距離ＤＬおよび右側車輪間距離ＤＲを決定する。また、コントローラ１２ｄは、左側が谷側であり右側が山側であると判定される場合に、左側連結角度ＡＬよりも右側連結角度ＡＲを大きくするように、左側車輪間距離ＤＬおよび右側車輪間距離ＤＲを決定する。
【００３８】
ステップ８０３において、コントローラ１２ｄは、決定された左側車輪間距離ＤＬおよび右側車輪間距離ＤＲとなるように、ジョイントアクチュエータ１９Ｌ，１９Ｒを制御する。この結果、歩行補助装置１０は、図１０および図１１に示される姿勢となる。図１０は、路面前側から見た歩行補助装置１０を示しており、図１１は、路面山側（図１０の矢印ＸＩ方向）から見た歩行補助装置１０を示している。図１０および図１１に示されるように、歩行補助装置１０は、路面山側の車輪間距離ＤＬが長く路面谷側の車輪間距離ＤＲが短い状態となり、ハンドル１２および支持部材２６が略水平となっている。
【００３９】
ステップ８０４において、コントローラ１２ｄは、押力センサ１３の検出値を取り込んで目標速度を設定し、この目標速度で歩行補助装置１０が走行するようにインホイールモータ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲを制御する。歩行補助装置１０が目標速度で走行している時に、歩行補助装置１０から歩行者に適度な反力が与えられ、歩行者が歩行補助装置１０に適度に寄り掛かることができるようになる。
【００４０】
上記に説明した左右方向に傾斜した路面における制御方法によれば、コントローラ１２ｄが左側車輪間距離ＤＬおよび右側車輪間距離ＤＲのそれぞれを独立して制御するため、歩行補助装置１０を安定な状態とすることができる。すなわち、仮に左側車輪間距離ＤＬおよび右側車輪間距離ＤＲをそれぞれ独立して制御できない場合を想定すると、歩行補助装置１０が傾斜した路面にある場合には、路面の傾斜角度に応じて歩行補助装置１０の姿勢は傾き、歩行補助装置１０が横転する虞がある。これに対して、本実施形態のように左側車輪間距離ＤＬおよび右側車輪間距離ＤＲをそれぞれ独立して制御した場合には、歩行補助装置１０が傾斜した路面にある場合でも、路面の傾斜に応じて歩行補助装置１０の姿勢を安定させ、歩行補助装置１０の横転を未然に防止することができる。
【００４１】
また、仮に左側車輪間距離ＤＬおよび右側車輪間距離ＤＲをそれぞれ独立して制御できない場合を想定すると、歩行補助装置１０が傾斜した路面にある場合には、路面の傾斜角度に応じて歩行補助装置１０の姿勢は傾き、ハンドル１２が歩行者に対して左側または右側に移動してしまう。これに対して、本実施形態の制御方法によれば、コントローラ１２ｄが左側車輪間距離ＤＬおよび右側車輪間距離ＤＲのそれぞれを独立して制御するため、歩行補助装置１０が傾斜した路面にある場合にも歩行補助装置１０を比較的に鉛直な姿勢とすることができる。よって、歩行補助装置１０の姿勢が歩行者に対して斜めにならないようにして、歩行補助装置１０のハンドルが左側または右側に移動することを防止するため、歩行者にとって歩行補助装置１０の使い心地を向上することができる。
【００４２】
特に、前述のようにメインフレーム１４Ｌ，１４Ｒはメインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａおよびメインフレーム下部１４Ｌｂ，１４Ｒｂに分離可能に構成されており、歩行補助装置１０が傾斜した路面にある場合に、ジョイント１８Ｌ，１８Ｒに対してメインフレーム上部１４Ｌａ，１４Ｒａが回動しない。よって、傾斜した路面においてもハンドル１２が略水平となるため、歩行者にとって歩行補助装置１０の使い心地を向上することができる。
【００４３】
図１２は、歩行補助装置１０の制御系を示すシステム図が示されている。図１２に示される歩行補助装置１０の制御系により、歩行補助装置１０の上記制御が実現される。この歩行補助装置１０の制御系では、路面の左右方向の傾斜角度ＡＬＲの検出値をフィードバックして、ＰＩＤ制御により歩行補助装置１０の姿勢を好適に制御する。より詳しく説明すると、歩行補助装置１０のロール角（傾斜角度ＡＬＲの検出値Ｍ）からロール角目標値を減算して得た偏差Ｍに比例ゲインＧｐを乗じた比例項Ｐを演算し、また偏差Ｍを積分した値に積分ゲインＧｉを乗じた積分項Ｉを演算し、また偏差Ｍを微分した値に微分ゲインＧｄを乗じた微分項Ｄを演算し、これら３つの値Ｐ，Ｉ，Ｄを加算して傾斜角度ＡＬＲの制御値Ｏを生成する。そして、制御値Ｏに差分値（０．５）を加算して得た制御値Ｓを用いて右側車輪間距離ＤＲを制御すると共に、制御値Ｏから差分値（０．５）を減算して得た制御値Ｔを用いて左側車輪間距離ＤＬを制御する。この結果、歩行補助装置１０のロール角がロール角目標値に制御される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】歩行補助装置の外観を示す斜視図である。
【図２】歩行補助装置の外観を示す側面図である。
【図３】歩行補助装置を示すブロック図である。
【図４】連結角度ＡＬ，ＡＲおよび車輪間距離ＤＬ，ＤＲを示す図である。
【図５】電源ユニットの左右方向軸回りの吊下げ角度ＡＦＲを示す図である。
【図６】電源ユニットの前後方向軸回りの吊下げ角度ＡＬＲを示す図である。
【図７】歩行補助装置の姿勢変化を示す説明図である。
【図８】左右方向に傾斜した路面における歩行補助装置の制御を示すフローチャートである。
【図９】路面傾斜の検出方法を説明するための説明図である。
【図１０】左右方向に傾斜した路面における歩行補助装置を示す前面図である。
【図１１】左右方向に傾斜した路面における歩行補助装置を示す側面図である。
【図１２】歩行補助装置の制御系を示すシステム図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０…歩行補助装置、１２…ハンドル、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…スイッチ類、１２ｄ…コントローラ、１３…押力センサ、１４Ｌ，１４Ｒ…メインフレーム、１４Ｌａ，１４Ｒａ…メインフレーム上部、１４Ｌｂ，１４Ｒｂ…メインフレーム下部、１６Ｌ，１６Ｒ…サブフレーム、１８Ｌ，１８Ｒ…ジョイント、１９Ｌ，１９Ｒ…ジョイントアクチュエータ、２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲ…車輪（インホイールモータ）、２２…電源ユニット（電装部品）、２４Ｆ…前側吊下げバンド、２４Ｒ…後側吊下げバンド、２６…支持部材、２８Ｆ，２８Ｒ…回動支持部、３０Ｌ，３０Ｒ…フレーム角センサ、３２…第１吊下げ角センサ、３４…第２吊下げ角センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歩行者が把持可能な高さで路面に対して水平に延設されるハンドルと、
前記ハンドルの両端から歩行者の前側の斜め下方に向けて路面近傍まで延びる左右一対のメインフレームと、
前記メインフレームの途中部分から歩行者付近の路面に向けて路面近傍まで延びる左右一対のサブフレームと、
前記メインフレームの前記途中部分に設けられ、前記メインフレームに対して前記サブフレームを回動自在に連結する左右一対のジョイントと、
前記メインフレームの路面近傍の下端に設けられ左右一対の前側車輪と、
前記サブフレームの路面近傍の下端に設けられ左右一対の後側車輪と、
前記左右一対のジョイントの間に横架された支持部材であって、前記左右一対のジョイントにより左右方向軸回りに回動自在に支持されると共に、前後方向軸回りに回動自在に構成された少なくとも一つの回動支持部を有する支持部材と、
前記支持部材の前記回動支持部から吊り下げられた、前記前側車輪および前記後側車輪の駆動制御用の電装部品と、
前記支持部材に対する前記電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角を検出する吊下げ角センサと、
前記吊下げ角センサにより検出された前記電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角に基づいて、前記左側メインフレームおよび前記左側サブフレームの連結角度および前記右側メインフレームおよび前記右側サブフレームの連結角度をそれぞれ独立して制御するコントローラと、
を備えることを特徴とする歩行補助装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記吊下げ角センサにより検出された前記電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角に基づいて、左側が山側であり右側が谷側であると判定される場合に、前記右側メインフレームおよび前記右側サブフレームの連結角度よりも、前記左側メインフレームおよび前記左側サブフレームの連結角度を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の歩行補助装置。
【請求項３】
前記コントローラは、前記吊下げ角センサにより検出された前記電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角に基づいて、左側が谷側であり右側が山側であると判定される場合に、前記左側メインフレームおよび前記左側サブフレームの連結角度よりも、前記右側メインフレームおよび前記右側サブフレームの連結角度を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の歩行補助装置。
【請求項４】
前記左側メインフレームおよび前記左側サブフレームの連結角度を調節自在な左側ジョイントアクチュエータと、前記右側メインフレームおよび前記右側サブフレームの連結角度を調節自在な右側ジョイントアクチュエータと、をさらに備え、
前記コントローラは、前記吊下げ角センサにより検出された前記電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角に基づいて、前記左側ジョイントアクチュエータおよび前記右側ジョイントアクチュエータのそれぞれを制御して、前記左前側車輪から前記左後側車輪までの左側車輪間距離および前記右前側車輪から前記右後側車輪までの右側車輪間距離を調節することにより、前記メインフレームおよび前記サブフレームの連結角度を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【請求項５】
前記コントローラは、前記ハンドルが水平な状態を維持するように、前記左側メインフレームおよび前記左側サブフレームの連結角度および前記右側メインフレームおよび前記右側サブフレームの連結角度をそれぞれ独立して制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【請求項６】
前記各車輪は、車輪にモータが内蔵されたインホイールモータであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【請求項７】
前記電装部品は、前記各車輪に電力を供給するための電源ユニットであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【請求項１】
歩行者が把持可能な高さで路面に対して水平に延設されるハンドルと、
前記ハンドルの両端から歩行者の前側の斜め下方に向けて路面近傍まで延びる左右一対のメインフレームと、
前記メインフレームの途中部分から歩行者付近の路面に向けて路面近傍まで延びる左右一対のサブフレームと、
前記メインフレームの前記途中部分に設けられ、前記メインフレームに対して前記サブフレームを回動自在に連結する左右一対のジョイントと、
前記メインフレームの路面近傍の下端に設けられ左右一対の前側車輪と、
前記サブフレームの路面近傍の下端に設けられ左右一対の後側車輪と、
前記左右一対のジョイントの間に横架された支持部材であって、前記左右一対のジョイントにより左右方向軸回りに回動自在に支持されると共に、前後方向軸回りに回動自在に構成された少なくとも一つの回動支持部を有する支持部材と、
前記支持部材の前記回動支持部から吊り下げられた、前記前側車輪および前記後側車輪の駆動制御用の電装部品と、
前記支持部材に対する前記電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角を検出する吊下げ角センサと、
前記吊下げ角センサにより検出された前記電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角に基づいて、前記左側メインフレームおよび前記左側サブフレームの連結角度および前記右側メインフレームおよび前記右側サブフレームの連結角度をそれぞれ独立して制御するコントローラと、
を備えることを特徴とする歩行補助装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記吊下げ角センサにより検出された前記電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角に基づいて、左側が山側であり右側が谷側であると判定される場合に、前記右側メインフレームおよび前記右側サブフレームの連結角度よりも、前記左側メインフレームおよび前記左側サブフレームの連結角度を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の歩行補助装置。
【請求項３】
前記コントローラは、前記吊下げ角センサにより検出された前記電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角に基づいて、左側が谷側であり右側が山側であると判定される場合に、前記左側メインフレームおよび前記左側サブフレームの連結角度よりも、前記右側メインフレームおよび前記右側サブフレームの連結角度を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の歩行補助装置。
【請求項４】
前記左側メインフレームおよび前記左側サブフレームの連結角度を調節自在な左側ジョイントアクチュエータと、前記右側メインフレームおよび前記右側サブフレームの連結角度を調節自在な右側ジョイントアクチュエータと、をさらに備え、
前記コントローラは、前記吊下げ角センサにより検出された前記電装部品の前後方向軸回りの吊下げ角に基づいて、前記左側ジョイントアクチュエータおよび前記右側ジョイントアクチュエータのそれぞれを制御して、前記左前側車輪から前記左後側車輪までの左側車輪間距離および前記右前側車輪から前記右後側車輪までの右側車輪間距離を調節することにより、前記メインフレームおよび前記サブフレームの連結角度を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【請求項５】
前記コントローラは、前記ハンドルが水平な状態を維持するように、前記左側メインフレームおよび前記左側サブフレームの連結角度および前記右側メインフレームおよび前記右側サブフレームの連結角度をそれぞれ独立して制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【請求項６】
前記各車輪は、車輪にモータが内蔵されたインホイールモータであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【請求項７】
前記電装部品は、前記各車輪に電力を供給するための電源ユニットであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の歩行補助装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−１８３４０５（Ｐ２００９−１８３４０５Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５３３４（Ｐ２００８−２５３３４）
【出願日】平成２０年２月５日（２００８．２．５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月５日（２００８．２．５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
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