技术领域
[0001] 本发明涉及一种轮椅及轮椅的控制方法。
相关背景技术
[0002] 在专利文献1中公开了如下的换乘辅助装置，该换乘辅助装置具备台车部、保持搭乘的被护理者的上身的上身保持部、将上身保持部支承为能够相对于台车部移动的支承部，支承部具有使上身保持部移动的上身用缸、以及变更上身保持部的倾斜角度的倾斜角度调整滑块。
[0003] 现有技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1：日本特开2016‑140435号公报
[0006] 本发明要解决的课题
[0007] 但是，在专利文献1的换乘辅助装置中，被护理者在换乘时，成为伸开膝盖抬起腰部，上身大幅前倾的姿势。此时，被护理者以膝盖为支点，头部的位置从支点的铅垂线上大幅向前方离开，将体重放到上身保持部的正面保持部。因此，被护理者成为大幅前倾的不稳定的姿势，因此，被正面保持部支承的胸部受到压迫，并且有可能产生头部向前方倒下的感觉。
具体实施方式
[0030] 以下，参照附图对本发明的实施方式的轮椅1进行说明。
[0031] 首先，参照图1～图6说明轮椅1的结构。以下，将轮椅1的长度方向称为“前后方向”，将轮椅1的宽度方向称为“左右方向”，将轮椅1的高度方向称为“上下方向”。
[0032] 图1是轮椅1的立体图。图2是图1中的主要部分的分解图。图3是轮椅1的控制块图。图4是说明支柱63伸长、臂62上升的动作的侧面图。图5是表示支柱63从基准位置前倾及后倾的动作的侧面图。图6是表示座椅40转动动作的侧面图。
[0033] 轮椅1具备框架10、多个车轮20、驱动机构30、座椅40、座椅移动机构50、换乘辅助机构60、控制部70和操作部80(参照图3)。轮椅1是即使在使用者(省略图示)无法依靠自身的力量站起来的情况下，也不需要护理者的护理就能够立起乘坐的部件。
[0034] 如图1和图2所示，框架10构成轮椅1的主体。框架10形成为大致矩形的梯子状。在框架10的四个角部分别设有车轮20。框架10由车轮20支承。框架10支承驱动机构30、座椅40、座椅移动机构50、换乘辅助机构60、控制部70和操作部80。
[0035] 车轮20旋转自如地安装在框架10并支承框架10。车轮20具有一对驱动轮21和一对从动轮22。
[0036] 驱动轮21是设置在框架10的前侧(前端部)的前轮。驱动轮21是朝向框架10的前后方向不能转向地设置的小型车轮。一对驱动轮21在左右方向隔开间隔设置。驱动轮21被作为后述的驱动部的驱动用电动机31驱动而旋转。
[0037] 从动轮22是设置在框架10的驱动轮21的后侧(后端部)的后轮。从动轮22是在框架10的前后方向旋转自如且在框架10的左右方向滑动自如的全方向移动车轮(参照图4)。一对从动轮22在左右方向上隔开间隔地设置。从动轮22伴随着框架10的移动而在前后方向旋转，并在左右方向滑动。
[0038] 这样，通过将前轮作为驱动轮21，将后轮作为从动轮22，能够抑制后轮的高度，使后轮进入例如床2(参照图4)等的下方的空间。另外，通过将从动轮22设为全方向移动车轮，如使用自由轮的情况那样后轮不会左右振动，因此能够使从动轮22进入例如厕所(省略图示)等狭小的空间。
[0039] 驱动机构30具有作为一对驱动用促动器的驱动用电动机31。
[0040] 驱动用电动机31被设置成旋转轴位于驱动轮21的车轴方向。驱动用电动机31在一对驱动轮21之间排列设置在一条直线上。驱动用电动机31经由支承部件31a被支承在框架10的前端部。驱动用电动机31具有将电动机的旋转减速并传递到驱动轮21的减速器31b。如图3所示，驱动用电动机31电连接到后述的控制器71，并根据从控制器71输入的电信号而旋转。
[0041] 如图1和图2所示，座椅40具有座面41和作为升降用促动器的直动促动器42。座椅40安装在后述的从动链轮52，并且与从动链轮52一起转动。
[0042] 座面41是使用者就座的部位。座面41以至少能够在使用者就座的就座位置和使用者能够从框架10的后方出入的退避位置间移动的方式安装于框架10(参照图6)。座面41设置成能够向就座位置和退避位置移动，因此无需分割座面41本身，就能够确保使用者就座的强度。
[0043] 直动促动器42使座面41升降。通过设置直动促动器42，例如能够调整座面41的高度，以使座椅40的座面41位于床2(参照图4)的上方。如图3所示，直动促动器42电连接到后述的控制器71，并根据从控制器71输入的电信号伸缩。直动促动器42例如内置有电动机和滚珠丝杠机构而构成。
[0044] 如图1和图2所示，座椅移动机构50具有驱动链轮51、从动链轮52、作为传动部件的链条53、作为转动用促动器的转动用电动机54。
[0045] 驱动链轮51水平安装在框架10的上部。驱动链轮51安装在转动用电动机54的旋转轴上。驱动链轮51通过转动用电动机54被旋转驱动。
[0046] 从动链轮52水平安装在座椅40的下部。驱动链轮51的旋转经由链条53传递到从动链轮52。从动链轮52的直径形成为比驱动链轮51的直径大。由此，转动用电动机54的转矩被放大，并被传递到从动链轮52。
[0047] 从动链轮52位于比座面41更靠前方的位置。即，座面41位于比从动链轮52更靠后方的位置。由此，当从动链轮52转动时，座面41能够以从动链轮52的中心轴为旋转轴，以距从动链轮52的中心轴的距离为旋转半径，向侧方大幅转动。
[0048] 链条53绕挂在驱动链轮51和从动链轮52之间。另外，也可以代替链条53，使用带或动力传递轴等传递转动用电动机54的动力。
[0049] 如图3所示，转动用电动机54电连接到后述的控制器71，并且根据从控制器71输入的电信号旋转。如图2所示，转动用电动机54使座椅40转动。具体而言，转动用电动机54使座面41在换乘辅助机构60后方的就座位置与就座位置的左右方向的退避位置之间转动。
[0050] 如图1及图2所示，换乘辅助机构60安装在框架10。换乘辅助机构60调整相对于框架10的倾斜角和高度，对切换支承使用者的同时使该使用者立起的立起状态和就座于座椅40的就座状态的换乘动作进行辅助。换乘辅助机构60具有脚踏部61、臂62、一对支柱63、膝盖抵接部64、一对作为倾动用促动器的电动缸65、作为伸缩用促动器的电动缸66。
[0051] 脚踏部61支承使用者的脚。脚踏部61是大致半圆状的板。脚踏部61形成为比使用者的脚的大小大，以便使用者能乘坐。当支柱63倾动(倾斜动作)时，脚踏部61与支柱63连动地一体倾动。
[0052] 臂62支承使用者的手臂。具体而言，臂62支承为从下方抱起使用者的腋下。臂62形成为U字形，大致中央由支柱63支承。当支柱63倾动时，臂62与支柱63连动地一体倾动。
[0053] 支柱63将臂62支承在框架10。一对支柱63在左右方向上隔开间隔平行地设置。支柱63通过轴承63a以能够沿前后方向转动的方式支承在框架10的上部。支柱63伸缩而使臂62升降。脚踏部61和支柱63被设置成能够成为一体地沿框架10前后方向倾动。具体而言，支柱63能够移动到相对于框架10大致垂直的基准位置、从基准位置前倾的前倾位置、从基准位置后倾的后倾位置。
[0054] 膝盖抵接部64安装在支柱63。膝盖抵接部64被设置在支柱63后部的高度方向大致中央。膝盖抵接部64在臂62从下方抱起使用者腋下的状态下，从前方支承使用者的膝盖。膝盖抵接部64与使用者膝盖直接接触，因此例如由具有弹性的橡胶或树脂等的弹性体等缓冲性高的部件形成。
[0055] 一对电动缸65连结框架10的上部与各支柱63的前部之间。如图3所示，电动缸65电连接到后述的控制器71，并根据从控制器71输入的电信号伸缩。当电动缸65收缩时，支柱63相对于框架10前倾。当电动缸65伸长时，支柱63相对于框架10后倾。
[0056] 如图1和图2所示，电动缸66连接框架10的上部和臂62的下部之间。电动缸66与支柱63平行地设置于一对支柱63之间。如图3所示，电动缸66电连接到后述的控制器71，并根据从控制器71输入的电信号伸缩。当电动缸66伸长时，支柱63伸长，臂62相对于框架10上升。当电动缸66收缩时，支柱63收缩，臂62相对于框架10下降。
[0057] 如上所述，换乘辅助机构60在辅助使用者的换乘动作时，在支柱63前倾的状态下，脚踏部61支承使用者的脚，臂62支承使用者的手臂，膝盖抵接部64支承使用者的膝盖，从而支承使用者的全身。
[0058] 在该状态下，通过使座椅40从退避位置移动到就座位置，使用者可以搭乘轮椅1。另一方面，在该状态下，通过使座椅40从就座位置移动到退避位置，使用者能够从轮椅1下来并移动到后方的床2(参照图4)等。另外，通过脚踏部61支承脚，膝盖抵接部64支承膝盖，换乘辅助机构60能够在使用者的脚的角度为一定的状态下以稳定的姿势支承全身。关于换乘辅助机构60的具体作用，将在后面参照图4～图9详细说明。
[0059] 控制部70具有控制器71和蓄电部72。
[0060] 控制器71由包括CPU、RAM、ROM和输入/输出接口等的微型计算机构成。控制器71通过CPU读出并执行ROM中存储的程序，从而进行各种处理。控制器71也可以由多个微型计算机构成。
[0061] 控制器71调整换乘辅助机构60的倾斜角度和高度的同时，控制换乘动作中的使用者的移动轨迹。控制器71基于从后述的操作部80输入的信号，控制驱动用电动机31、直动促动器42、转动用电动机54、电动缸65及电动缸66的动作。
[0062] 蓄电部72收纳在控制部70的壳体70a中。蓄电部72向驱动用电动机31、直动促动器42、转动用电动机54、电动缸65、电动缸66和控制器71供给电源。蓄电部72例如由锂离子电池等二次电池构成。
[0063] 如图3所示，操作部80具有第一操作部81和第二操作部82。
[0064] 第一操作部81设置在使用者乘坐在轮椅1上时能操作的位置。第一操作部81操作驱动机构30的动作。第一操作部81例如是当使用者在想要移动的方向上扳倒杆时轮椅1在该方向上移动的操纵杆。
[0065] 第二操作部82设置在使用者乘坐在轮椅1上的状态和从轮椅1上下来的状态下均能操作的位置。第二操作部件82例如经由电缆连接到控制器71。第二操作部82操作座椅移动机构50及换乘辅助机构60的动作。另外，当有护理者存在时，第二操作部82也可由护理者操作。第二操作部82具备：臂上升按钮82a、臂下降按钮82b、支柱前倾按钮82c、支柱后倾按钮82d、座椅转动按钮82e、座椅反向转动按钮82f、座椅上升按钮82g、座椅下降按钮82h、作为立起动作操作部的立起动作开始按钮82i、作为就座动作开始部的就座动作开始按钮82j。
[0066] 如图4所示，当按下臂上升按钮82a时，控制器71通过使电动缸66伸长来使支柱63伸长，从而使臂62上升。当按下臂下降按钮82b时，控制器71通过使电动缸66收缩来使支柱63收缩，从而使臂62下降。
[0067] 如图5所示，当按下支柱前倾按钮82c时，控制器71通过使电动缸65收缩，从而使脚踏部61和支柱63前倾。当按下支柱后倾按钮82d时，控制器71通过使电动缸65伸长，从而使脚踏部61及支柱63后倾。
[0068] 如图6所示，当按下座椅转动按钮82e时，控制器71通过转动用电动机54并经由驱动链轮51和链53使从动链轮52转动，并使座面41在左右的任一方上转动。当按下座椅反向转动按钮82f时，控制器71通过转动用电动机54并经由驱动链轮51和链53使从动链轮52转动，使座面41在左右的任另一方上转动。
[0069] 当按下座椅上升按钮82g时，控制器71通过使直动促动器42伸长而使座面41上升。当按下座椅下降按钮82h时，控制器71通过使直动促动器42收缩而使座面41下降。
[0070] 当按下立起动作开始按钮82i时，控制器71执行使使用者换乘的换乘动作中的、用于使使用者从就座状态转换到立起状态的一系列的立起动作。当按下就座动作开始按钮82j时，控制器71执行使使用者换乘的换乘动作中的、用于使使用者从立起状态转换到就座状态的一系列的就座动作。
[0071] 以下，参照图7～图9，对使用轮椅1在使用者立起的立起状态和就座于座椅40的就座状态进行切换的换乘动作进行说明。控制器71通过CPU读出ROM中存储的程序并执行，从而执行换乘辅助机构60的换乘动作。
[0072] 图7是说明使使用者从就座状态向立起状态转换时的使用者的移动轨迹和换乘辅助机构的动作的图。图8是说明使使用者从立起状态向就座状态转换时的使用者的移动轨迹和换乘辅助机构的动作的图。图9是对图8所示的使用者的移动轨迹的情况和以与使使用者从就座状态转换到立起状态时相同的轨迹使使用者从立起状态转换到就座状态的情况进行比较的图。
[0073] 在图7～图9中，利用由脚部91、小腿部92、大腿部93、上身94构成线图表示使用者的移动轨迹。另外，在图9中，将使用者的脚部91的接地点作为支点SP，将通过支点SP并沿铅垂方向延伸的假想直线作为垂直线VL，将使用者的重心位置(丹田的位置)作为重心CG来表示。
[0074] 首先，参照图7，对使用者从就座状态向立起状态转换时的使用者的移动轨迹和换乘辅助机构30的动作进行说明。在使用者为就座状态时，当由使用者或护理者按下立起动作开始按钮82i，控制器71使换乘辅助机构60执行辅助立起动作的动作。
[0075] 在就座状态下，换乘辅助机构60处于支柱63为后倾位置、臂62下降的状态。此时，使用者就座于座椅40上。使用者的脚部91接地，大腿部93为大致水平的状态。
[0076] 接着，当控制器71使电动缸66伸长，使臂62稍微上升时，转换到第一阶段。此时，臂62的上升量为使用者的腰部能从座椅40抬起的程度。由此，使用者随着臂62的上升，从下方抱起腋下，腰部离开座椅40，成为只有脚部91的脚尖接地而脚跟浮起的状态。
[0077] 接着，当控制器71使电动缸65收缩、使支柱63前倾到基准位置时，转换到第二阶段。由此，使用者随着支柱63的前倾，上身94前倾，成为腰部进一步从座椅40浮起的状态。
[0078] 接着，控制器71使电动缸65进一步收缩而使支柱63前倾至前倾位置，并且使电动缸66进一步伸长而使臂62上升时，转换到第三阶段。因此，使用者成为腋下从下被抱起到斜前方，上身94保持前倾，同时腰部与座椅40大幅分离，大腿部93的角度接近垂直的状态。
[0079] 接着，当控制器71使电动缸65伸长而使支柱63后倾到基准位置、并且使电动缸66进一步伸长而使臂62上升时，转换到立起状态。这样，使用者成为腋下从下被抱起到斜后方，已前倾的上身94起立，而立起的状态。
[0080] 这样，通过换乘辅助机构60的辅助，使用者能够从就座状态转换到立起状态。另外，此时使用者的移动轨迹是与护理者抱起使用者并使其立起的动作相同的移动轨迹。
[0081] 另外，使用者在立起状态下是接近立位的姿势，是将体重放到换乘辅助机构60的状态。因此，使用者的体重在腋下、胸部、膝盖、及脚部91的背面被分散保持。
[0082] 接着，参照图8对使用者从立起状态向就座状态转换时的使用者的移动轨迹和换乘辅助机构的动作进行说明。在使用者为立起状态时，当使用者或护理者按下就座动作开始按钮82j，控制器71使换乘辅助机构60执行辅助就座动作的动作。
[0083] 在立起状态下，换乘辅助机构60处于支柱63为基准位置、臂62上升的状态。此时，使用者为腰部与座椅40大幅分离，处于立起的状态。使用者在立起状态下是接近立位的姿势，是将体重放到换乘辅助机构60的状态，因此，使用者的体重在腋下、胸部、膝盖、以及脚部91的背面被分散保持。
[0084] 接着，当控制器71使电动缸65收缩而使支柱63前倾至前倾位置，并且使电动缸66收缩而使臂62下降时，转换到第一状态。由此，使用者成为使腋下从下被抱起的状态而朝向斜前方下降，大腿部93的角度接近垂直，立起的状态的上身94前倾的状态。
[0085] 接着，当控制器71使电动缸66进一步收缩而使臂62下降时，转换到第二阶段。由此，使用者成为使腋下从下方被抱起的状态而上身94下降，因此上身94进一步前倾，腰部稍微接近座椅40的状态。
[0086] 接着，控制器71使电动缸65伸长，使支柱63后倾到基准位置时，转换到第三阶段。因此，伴随着支柱63的后倾，使用者成为腋下从下被抱起，上身94保持前倾，腰部更接近座椅40的状态。
[0087] 接着，控制器71进一步使电动缸65伸长，则转换到就座状态。此时，使用者的腋下从下被抱起的状态下上身94起来，成为就座于座椅40的状态。使用者的脚部91接地，大腿部93成为大致水平的状态。
[0088] 这样，通过换乘辅助机构60的辅助，使用者能够从立起状态转换到就座状态。另外，此时使用者的移动轨迹是与护理者抱住使用者就座的动作相同的移动轨迹。
[0089] 如图7所示，在使使用者从就座状态切换为立起状态时，使支柱63前倾，并且使臂62上升。由此，换乘辅助机构60以从腋下抱起使用者的方式向斜前方上升，使使用者立起。
相对于此，如图8所示，在使使用者从立起状态切换为就座状态时，在支柱63保持前倾状态的状态下使臂62下降后，使支柱63从前倾位置后倾到后倾位置。由此，换乘辅助机构60在使用者的上身94下降的状态下使其后倾，使使用者就座于座椅40。这样，在使用者的立起动作和就座动作中，使用者的移动轨迹不同。
[0090] 即，控制器71控制移位辅助机构60，以使从立起状态切换到就座状态时的移动轨迹比从就座状态切换到立起状态切换的移动轨迹更使使用者保持为前倾的姿势下移动。特别地，控制器71控制换乘辅助机构60，以在从立起状态切换到就座状态时的移动轨迹的整个区域中的前半部分，相对于从就座状态切换到立起状态时的移动轨迹，在使用者保持为前倾姿势的状态下使使用者朝向就座状态移动。
[0091] 由此，能够实现护理者抱着使用者并使其立起时的自然的动作和护理者抱着使用者并使其就座时的自然的动作。
[0092] 接着，参考图9，对以与使用者从就座状态向立起状态转换时的移动轨迹相同的移动轨迹而从立起状态向就座状态转换时的情况和本实施方式比较的同时，对本实施方式的作用进行说明。图9的上半段，作为比较例，表示以与使用者从就座状态向立起状态转换时的移动轨迹相同的移动轨迹而从立起状态向就座状态转换时的情况。
[0093] 在比较例中，在就座开始阶段，使用者的重心CG位于垂直线VL的前方。即，使用者处于将体重放到换乘辅助机构60的状态，使用者的体重在腋下、胸部、膝盖、以及脚部91的背面被分散保持。
[0094] 在第一中间阶段中，使用者的重心CG位于垂直线VL的后方。因此，使用者成为后倾的状态，使用者的体重仅由腋下及脚部91的脚尖保持。
[0095] 在第二中间阶段，使用者的重心CG位于比垂直线VL更靠后方的位置。因此，使用者可能无法依靠自身的力量保持立起状态，会感受到膝盖弯曲失去平衡的恐惧、摔倒的恐惧。
[0096] 在本实施方式中，在就座开始阶段，同样地，使用者的重心CG位于垂直线VL的前方。即，使用者处于将体重放到换乘辅助机构60的状态，使用者的体重在腋下、胸部、膝盖、以及脚部91的背面被分散保持。
[0097] 在第一中间阶段中，使用者的重心CG位于垂直线VL的前方。因此，使用者不会成为后倾的状态，与就座开始状态同样，使用者的体重在腋下、胸部、膝盖、及脚部91的背面被分散保持。
[0098] 在第二中间阶段，使用者的重心CG位于与垂直线VL大致一致的位置。因此，使用者不会成为后倾的状态，与第一中间阶段同样，使用者的体重在腋下、胸部、膝盖、及脚部91的背面被分散保持。
[0099] 这样，根据本实施方式，即使在第一中间位置和第二中间位置中，使用者的重心CG也不位于垂直线VL的后方。因此，与比较例相比，能够较长时间地维持使用者能依靠自身的力量保持立起状态的状态。因此，在换乘时不会使使用者处于不稳定的姿势。另外，能够长时间维持能够将使用者的体重分散保持在腋下、胸部、膝盖、及脚部91的背面的状态，同时使用者能够以接近自然的站立动作的形式进行换乘，因此，也成为用于维持使用者的身体功能的训练。
[0100] 此时，相对于作为支承使用者的支点的膝盖的位置，可以使使用者的头部的位置(上身94的前端的位置)不会大幅偏离垂直线VL。因此，上身94相对于垂直线VL的倾斜角度(状态倾斜角度α)变小，因此能够减轻对胸部的压迫感，并且能够防止头部向前方倒下的感觉。
[0101] 另外，当从第二中间位置进一步接近就座状态时，重心CG位于垂直线VL的后方，但由于在使重心CG的高度充分下降到座椅40附近的状态下进行后倾的动作，因此能够减轻使用者感到摔倒的恐惧。
[0102] 以下，对以上本实施方式的结构及作用效果总结说明。
[0103] (1)(3)轮椅(1)具备：框架10；座椅40，其具有使用者就座的座面41并安装在框架10；换乘辅助机构60，其安装在框架10并调整相对于框架10的倾斜角和高度，且辅助切换支承所述使用者的同时使该使用者立起的立起状态和就座于所述座椅40的就座状态的换乘(移乘)动作；以及控制器71，其在调整换乘辅助机构60的倾斜角度和高度的同时控制换乘动作中的使用者的移动轨迹，控制器71控制换乘辅助机构60，以使从立起状态切换到就座状态时的移动轨迹比从就座状态切换到立起状态时的移动轨迹更使使用者保持前倾姿势的状态下移动。
[0104] 根据该结构，以使从立起状态切换到就座状态时的移动轨迹比从就座状态切换到立起状态时的移动轨迹更使使用者保持前倾姿势的状态下移动，因此能够长期维持能够将使用者的体重分散保持在腋下、胸部、膝盖及脚部91的背面的状态。因此，在换乘时不会使使用者处于不稳定的姿势。另外，能够长时间维持能够将使用者的体重分散保持在腋下、胸部、膝盖、及脚部91的背面的状态，同时，使用者能够以接近自然的站立动作的形式进行换乘，因此也成为用于维持使用者的身体功能的训练。
[0105] 另外，相对于作为支承使用者的支点的膝盖的位置，使用者的头部的位置能够不会大幅偏离垂直线VL。因此，上身94相对于垂直线VL的倾斜角度(状态倾斜角度α)变小，因此能够减轻对胸部的压迫感，并且能够防止头部向前方倒下的感觉。
[0106] (2)优选的是，控制器71控制换乘辅助机构60，以在从立起状态切换到就座状态时移动轨迹的整个区域中的前半部分，相对于从就座状态切换到立起状态时的移动轨迹，在将使用者保持为前倾姿势的状态下使使用者朝向就座状态移动。
[0107] 根据该结构，特别是在使用者从立起状态切换到就座状态时的移动轨迹的整个区域中的前半部分，在将使用者保持为前倾姿势的状态下使其向就座状态移动，因此能够较长时间地维持使用者能够依靠自身的力量保持立起状态的状态。
[0108] 以上，就本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式只不过表示了本发明的一个应用例，并不意味着将本发明的技术的范围限定于上述实施方式的具体的结构。
