[0001] 本发明涉及一种台阶上下装置，其能够在搭载有乘坐人员、货物等的状态下稳定地在平地面行驶移动，并且能够容易且安全地上下楼梯等台阶。

[0002] 在老年人、残障人士等不依赖于协助者而进行独立的生活的方面，电动轮椅是重要的福利用具，在老龄化急速发展的社会中，其利用变得显著。另一方面，一般的电动轮椅虽然能够走过路面的凸凹等较小的台阶，但无法上下楼梯等较大的台阶，存在难以设置电梯等升降机的建筑物的利用伴有障碍这样的课题。另外，在老年人、残障人士等使有重量的货物向楼上或楼下移动时，基于同样的理由，也存在伴有障碍这样的课题。

[0003] 以往，作为解决这样的课题的方法，提出有专利文献1、专利文献2所公开那样的能够在载有乘坐人员、货物的状态下上下楼梯的台阶上下装置。

[0004] 在上述文献所公开的台阶上下装置中，具有呈放射状配置的三个行驶轮的行驶单元被设置于装置框架的左右。三个行驶轮自行旋转而在地板面上行驶，并且能够绕所述行驶单元的旋转轴公转，从而通过在所述旋转轴的周围适当地驱动该行驶单元旋转，能够使三个行驶轮中的任意的行驶轮与地板面接触。

[0005] 在这样构成的专利文献1或专利文献2的台阶上下装置中，在平坦的路面上，使所述行驶单元所包括的三个行驶轮中的两个与该路面接触，并驱动这些行驶轮旋转，由此能够稳定地在路面上行驶。另外，在登上楼梯等台阶时，当任一个行驶轮碰到台阶的踢面时，驱动所述行驶单元旋转而使所述行驶轮在该行驶单元的旋转轴的周围公转，一边使未与路面接触的行驶轮与台阶上的踏面接触，一边进一步驱动行驶单元旋转，由此能够将装置框架提升到台阶上。

[0006] 另一方面，在下台阶时，在一个行驶轮从路面脱离而到达了踢面下方的踏面的时机驱动行驶单元旋转，使未与路面接触的行驶轮与台阶下的踏面接触，由此能够使装置框架下降到台阶下。

[0007] 现有技术文献

[0008] 专利文献

[0009] 专利文献1：日本特开2012‑85854号公报

[0010] 专利文献2：日本实用新型注册第3234497号公报

[0032] 以下，参照附图对本发明的台阶上下装置进行详细说明。

[0033] 图1是示出将本发明所涉及的台阶上下装置应用于电动轮椅的一实施方式的概要图。该电动轮椅1通过就坐于座面的搭乘者M的操作而向前后左右行驶，构成为不仅能够在该搭乘者M就坐的状态下在平地上行驶，还能够上下楼梯等台阶。

[0034] 该电动轮椅1具备装置框架2、设置于该装置框架2的左右前后的四台行驶单元3、以及设置为相对于所述装置框架2倾动自如且设置有供搭乘者M就座的座面40的就座框架4。所述就座框架4经由支轴41而旋转自如地与所述装置框架2结合，并且通过图示外的致动器而与装置框架2连结，从而能够借助该致动器的伸缩而自如地调整就座框架4相对于所述装置框架2的连结角度。另外，在所述装置框架2设置有检测该装置框架2相对于水平的倾斜的倾斜传感器（未图示）。

[0035] 因此，如图2的分图a以及b所示，当在上下坡道、台阶的过程中装置框架2相对于水平倾斜时，能够根据所述倾斜传感器的信号掌握其倾斜角度，并基于该信号来控制所述致动器的伸缩，从而自如地变更就座框架4相对于所述装置框架2的连结角度。因此，即使在搭乘者M就坐于座面40的状态下上下坡道、台阶的情况下，无论所述装置框架2如何倾斜，始终都能够将所述座面40保持为水平，从而能够确保搭乘者M的安心。

[0036] 接下来，对设置于所述装置框架2的四台行驶单元3进行说明。

[0037] 各行驶单元3通过以驱动轴30为中心呈放射状地配置三个行驶轮31而成，能够使三个行驶轮31在所述驱动轴30的周围公转。所述三个行驶轮31经由减速齿轮而与作为行驶驱动源的马达连接，被向同一方向以相同的速度驱动旋转。另外，在所述行驶单元3的驱动轴30连接有作为上下驱动源的马达，通过驱动该行驶单元3公转，能够使三个行驶轮31中的一个或两个行驶轮31选择性地与地面或地板面等路面接触。另外，各行驶单元3的驱动轴30能够被任意地切换为驱动公转、停止、自由旋转。

[0038] 关于电动轮椅1，谋求根据搭乘者的驾驶操作而自如地变更行驶方向，因此，需要对作为所述行驶单元3而至少设置于装置框架2的前侧的两个行驶单元3、或设置于后侧的两个行驶单元3设置转向机构。另一方面，通过使所述行驶单元3所具备的三个行驶轮3全部构成为所谓的全方向车轮，也能够省略所述转向机构。所述全方向车轮例如能够使用图3所示的麦克纳姆轮10。该麦克纳姆轮10在旋转的行驶轮主体10a的外周面配置有多个具有相对于该行驶轮主体10a的旋转轴倾斜了45度的旋转轴的副辊10b，当驱动所述行驶轮主体10a旋转时，麦克纳姆轮10自身欲相对于该行驶轮主体10a的旋转方向而向斜45度的方向行进。

[0039] 所述麦克纳姆轮10以使所述副辊10b的旋转轴朝向装置框架2的中心的方式配置于各行驶单元3。因此，例如通过利用位于所述装置框架2的前侧的行驶单元3和位于后侧的行驶单元3而使麦克纳姆轮10的旋转方向不同，从而能够使装置框架向左右横向移动。另外，通过利用位于所述装置框架2的右侧的行驶单元3和位于左侧的行驶单元3而使麦克纳姆轮10的旋转方向不同，从而能够使装置框架就地回旋。通过像这样将所述行驶单元所具备的三个行驶轮31全部设为麦克纳姆轮10并仅对各行驶轮的旋转方向进行控制，从而能够自如地进行所述装置框架向前后左右的移动、向倾斜方向的移动、回旋运动。需要说明的是，使用了麦克纳姆轮10的机器人台车的运动控制是众所周知的，故在此省略其详细说明。

[0040] 图4是示出与该电动轮椅1的行驶相关的控制系统的框图。在所述装置框架2设置有拍摄该电动轮椅1的前方的相机5，另一方面，在所述就座框架4设置有供搭乘者M输入行进方向的操作面板6。从上述相机5以及操作面板6送出的信号被输入行驶控制部7。另外，在所述行驶单元3的驱动轴30设置有检测该驱动轴30的旋转量的公转量编码器32，在所述行驶轮31的旋转轴设置有检测该行驶轮31的旋转量的行驶量编码器33。所述行驶控制部7由包括MPU的计算机实现，执行预先保存于存储器内的规定的行驶程序，处理从所述相机5、所述操作面板6、所述公转量编码器32以及所述行驶量编码器33输入的信号，并对所述行驶驱动源8以及上下驱动源9送出驱动信号。由此，对所述行驶单元3的公转、停止、自由旋转进行控制，并且对该行驶单元3所包括的行驶轮31的旋转驱动以及停止进行控制。

[0041] 另外，所述行驶控制部7通过分析相机5所拍摄到的影像，能够检测所述楼梯的开始位置、该楼梯处的各台阶的踢面的高度、踏面的长度、所述楼梯的台阶的缘部等台阶信息。此时，通过朝向所述电动轮椅1的前方照射激光，并计测映出在由所述相机5拍摄到的影像内的激光到物体为止的距离，能够检测更准确的长度等信息。另外，行驶控制部7能够对所述楼梯的台阶的缘部进行检测，并判定电动轮椅1是否正对台阶。另一方面，所述行驶控制部7根据所述行驶量编码器33的检测信号来检测所述行驶轮31相对于路面的行驶距离的信息。由此，所述行驶控制部7掌握各行驶轮31相对于楼梯的台阶的位置。以下，将能够检测上述信息的功能称为信息检测部。

[0042] 需要说明的是，作为对楼梯的开始位置、该楼梯处的各台阶的踢面的高度、踏面的长度进行检测的方法，并不限于前述的相机5所拍摄到的影像的分析，也能够使用激光距离计、光学式或接触式等各种传感器。

[0043] 图5以及图6是示出本实施方式的电动轮椅1下楼梯时的行驶单元3A、3B以及其中所包括的行驶轮31的情形的概要图。

[0044] 图5示出所述装置框架2即将从平坦的路面下降到楼梯的第一级之前的状态。如分图a所示，在设置于所述装置框架2的前后的各行驶单元3A、3B中，两个行驶轮31处于与路面接触的状态，通过驱动各行驶轮31旋转，电动轮椅1在路面上向图中的箭头A方向前进。此时，行驶控制部7利用信息检测部检测台阶的缘部，以使电动轮椅1正对该缘部的方式控制电动轮椅1的行驶。另外，在该状态下，虽然行驶单元3的驱动轴30处于自由旋转的状态，但各行驶单元3所包括的两个行驶轮31a、31b与路面接触，从而行驶单元3不会公转而处于稳定的状态。当前侧行驶单元3A的先行的行驶轮31a从路面脱离而接近楼梯的下方第一级时，由于所述行驶单元31A的驱动轴30被设定为自由旋转，因此，该行驶轮31a与台阶的踢面U1接触并下降至第一级踏面F1（分图b）。

[0045] 在该状态下，行驶控制部7在判断为前侧行驶单元3A的行驶轮31a与踏面F1发生了接触时，通过信息检测部检测台阶信息。然后，将作为台阶信息的踏面F1的长度的数值与预先存储的阈值进行比较。该阈值基于行驶轮31a与行驶轮31c的配置间隔、行驶轮的大小而决定，是能够供行驶轮31a以及行驶轮31c这双方载于踏面的长度的数值。所述行驶控制部7根据所述比较的结果，选择并执行用于使所述行驶单元在踏面F1上行驶的行驶处理或使所述行驶单元向不同的台阶移动的公转驱动处理中的任一个。

[0046] 在图5的分图c中，行驶控制部7选择并执行公转驱动处理。公转驱动处理暂时停止行驶轮31的旋转驱动，维持前侧行驶单元3A的行驶轮31a与第一级踏面F1接触的状态，并使前侧行驶单元3A向箭头R方向公转。由此，与楼梯上的路面接触着的前侧行驶单元3A的行驶轮31b从该路面离开，并且行驶轮31c朝向第一级踏面F1下降，同时前侧行驶单元3A的驱动轴30以行驶轮31a为旋转中心移动，从而装置框架2向箭头A方向行进。

[0047] 另外，所述行驶控制部7在使所述行驶单元3A公转时，驱动该行驶单元3A所包括的行驶轮31向与公转方向相反的方向旋转与该行驶单元3A的公转角度相同的角度。若在所述行驶单元3A的公转时预先将该行驶单元3A所包括的行驶轮31保持为停止状态，则行驶轮31a会根据该行驶单元3A的公转而在踏面F1上滚动，从而存在行驶单元3A整体非意图地从踏面F1脱离而滚落至下一级的危险，为了避免该危险而需要这样的行驶轮31的旋转控制。
当像这样在行驶单元3A的公转时向与该公转方向相反的方向驱动行驶轮31a旋转时，行驶轮31a成为停留在第一级踏面F1上的状态，从而能够防止行驶单元3A从踏面F1脱离而滚落至下一级这样的情况。由此，即使该行驶单元3A公转也都能够稳定装置框架2的姿态。需要说明的是，通过设为所述行驶轮31a在与第一级踏面F1接触的基础上还与踢面U1接触的状态，能够进一步稳定装置框架2的姿态。另外，在使所述行驶单元3A公转时，后侧行驶单元3B所包括的行驶轮31成为自由旋转的状态，与所述装置框架2向箭头A方向的行进相应地在路面上滚动。

[0048] 图6的分图a示出执行了所述行驶单元的公转驱动处理后的状态。对于行驶控制部7而言，在伴随着前侧行驶单元3A的公转驱动处理而行驶轮31c与第一级踏面F1接触时，所述行驶控制部7将该行驶单元3A的设定从箭头R方向上的公转变更为自由旋转，并且停止该行驶单元3A所包括的行驶轮31的反转，驱动这些行驶轮31向正方向旋转。由此，如分图b所示，前侧行驶单元的行驶轮3c与第二级踢面U2接触并下降至第二级踏面F2。

[0049] 然后，如图6的分图c所示，所述行驶控制部7在判断为前侧行驶单元3A的行驶轮31c与踏面F2发生了接触时，再次通过信息检测部检测台阶信息，将踏面F2的长度的数值与预先存储的阈值进行比较。在图6的分图c中，行驶控制部7选择并执行公转驱动处理。因此，行驶控制部7暂时停止行驶轮31的旋转驱动，维持前侧行驶单元3A的行驶轮31c与第二级踏面F2接触的状态，并使前侧行驶单元3A向箭头R方向公转。由此，与第一级踏面F1接触着的前侧行驶单元3A的行驶轮31a从该踏面F1离开，并且行驶轮31b朝向第二级踏面F2下降，同时前侧行驶单元3A的驱动轴30以行驶轮31c为旋转中心移动，从而装置框架2向箭头A方向行进。所述行驶单元的公转时的行驶轮3c的旋转控制与图5的分图c的情况相同，由此能够在使前侧行驶单元的行驶轮31c停留在第二级踏面F2的同时使行驶单元3A公转，从而能够稳定下楼梯的装置框架2的姿态。需要说明的是，在长度比本实施方式所示的踏面F1短的踏面的情况下，存在如下情况：从行驶控制部7进行了公转驱动处理的图5的分图c的状态起，行驶轮31c不与踏面F1接触而与所述踏面F1的下一级踏面F2接触。在该情况下，不同于图6的分图a的状态，行驶控制部7不停止行驶单元的公转而继续执行公转驱动处理。

[0050] 另一方面，行驶控制部7有时也在图5的分图b的状态下执行行驶处理。行驶处理根据通过信息检测部而检测到的台阶信息即踏面F1的长度以及比该踏面F1靠下方的踢面U2的高度进行。行驶处理是作为使行驶单元从图5的分图b的状态下降到下一级踏面F2的前一阶段而进行的工序，在同一行驶单元中的前后的行驶轮与高度不同的接地面接触的状态下使行驶单元稍微前进。该行驶处理在如下情况下有效：在图5的分图b的状态下行驶控制部7执行了公转驱动处理时，行驶轮31c不与踏面F1接触，并且也不与所述踏面F1的下一级踏面F2接触。假设在该状态下执行了公转驱动处理的情况下，行驶轮31c以从踏面F2浮起的状态与踢面U2接触，从而电动轮椅1变得不稳定。因此，通过在图5的分图b的状态下使行驶单元稍微前进后执行公转驱动处理，从而伴随着行驶单元的公转，能够使行驶轮31c与下一级踏面F2接触。行驶单元前进的距离根据踏面F1的长度以及比该踏面F1靠下方的踢面U2的高度而决定。

[0051] 另外，在后侧行驶单元3B的先行的行驶轮31a到达了楼梯的情况下，对于该行驶单元3B也应用与前侧行驶单元3A相同的驱动控制。

[0052] 图7是示出本实施方式的电动轮椅1登上楼梯时的行驶单元3A、3B以及其中所包括的行驶轮311的情形的概要图。

[0053] 图7示出所述装置框架2从平坦的路面登上楼梯的第一级的情形。如分图a所示，当所述装置框架2向箭头A方向行进，前侧行驶单元3A的先行的行驶轮31a碰到楼梯的上方第一级踢面U1时，所述行驶控制部7暂时停止行驶轮31的旋转驱动，维持前侧行驶单元3A的行驶轮31a与第一级踢面U1接触的状态，并使前侧行驶单元3A向箭头R方向公转。由此，与楼梯下的路面接触的前侧行驶单元3A的行驶轮31b从该路面离开，并且行驶轮31c朝向第一级踏面F1下降，同时前侧行驶单元3A的驱动轴30以行驶轮31a为旋转中心移动，从而装置框架2向箭头A方向行进。需要说明的是，虽然维持所述行驶单元3A的行驶轮31a与第一级踢面U1接触的状态，但所述行驶轮31a并非必须与踢面U1接触，只要能够使行驶轮31c朝向第一级踏面F1下降，则在行驶轮31a与踢面U1之间也可以形成有间隙。行驶轮31c是否能够朝向第一级踏面F1下降基于由相机5拍摄到的影像而由行驶控制部7进行判定。

[0054] 另外，所述行驶控制部7在使所述行驶单元3A公转时，驱动该行驶单元3A所包括的行驶轮31向与公转方向R相反的方向旋转与该行驶单元3A的公转角度相同的角度。若在所述行驶单元3A的公转时预先将该行驶单元3A所包括的行驶轮31保持为停止状态，则行驶轮31a会根据该行驶单元3A的公转而欲在踢面U1上升，因此存在行驶单元3A整体非意图地沿着踢面U1上下晃动而变得不稳定的危险，为了避免该危险而需要这样的行驶轮31的旋转控制。当像这样在行驶单元3A的公转时向与该公转方向相反的方向驱动行驶轮31a旋转时，行驶轮31a成为停留在路面上的状态，从而即使该行驶单元3A公转也能够稳定装置框架2的姿态。需要说明的是，在使所述行驶单元3A公转时，后侧行驶单元3B所包括的行驶轮31成为自由旋转的状态，与所述装置框架2向箭头A方向的行进相应地在路面上滚动。

[0055] 行驶控制部7在判断为伴随着前侧行驶单元3A的公转而行驶轮31c与第一级踏面F1发生了接触时，通过信息检测部检测台阶信息。行驶控制部7将作为该台阶信息的踏面F1的长度的数值与预先存储的阈值进行比较。该阈值基于行驶轮31a与行驶轮31c的配置间隔、行驶轮的大小而决定，是能够供行驶轮31a以及行驶轮31c这双方载于踏面的长度的数值。所述行驶控制部7根据所述比较的结果，选择并执行用于使所述行驶单元前进的行驶处理或使所述行驶单元向不同的台阶移动的公转驱动处理中的任一个。如图7的分图b所示，对于所述行驶处理而言，在伴随着前侧行驶单元3A的公转而行驶轮31c与第一级踏面F1接触时，所述行驶控制部7将该行驶单元3A的设定从箭头R方向上的公转变更为自由旋转，并且停止该行驶单元3A所包括的行驶轮31的反转，驱动这些行驶轮31向正方向旋转。由此，前侧行驶单元3A的行驶轮3c在第一级踏面F1上朝向踢面U2行进，该行驶单元3A整体被提升到第一级踏面F1上。

[0056] 当所述行驶轮3c在第一级踏面F1上行进并碰到第二级踢面U2时，所述行驶控制部7暂时停止行驶轮31的旋转驱动，维持前侧行驶单元3A的行驶轮31c停留在第一级踏面F1上的状态，并使前侧行驶单元3A向箭头R方向公转。由此，前侧行驶单元3A的行驶轮31a从路面离开，并且行驶轮31b朝向第二级踏面F2下降，同时前侧行驶单元3A的驱动轴30以行驶轮
31c为旋转中心移动，从而装置框架2向箭头A方向行进。所述行驶单元的公转时的行驶轮3c的旋转控制与图7的分图a的情况相同，由此能够在使前侧行驶单元的行驶轮31c停留在第一级踏面F1的同时使行驶单元3A公转，从而能够稳定登上楼梯的装置框架2的姿态。

[0057] 另一方面，在图7的分图（b）的状态下，行驶控制部7有时也根据将作为台阶信息的踏面F1的长度的数值与预先存储的阈值进行比较的结果而执行公转驱动处理。在公转驱动处理的情况下，在前侧行驶单元3A的先行的行驶轮31a碰到楼梯的上方第一级的踢面U1时的行驶单元的公转之后执行该行驶单元的公转。此时，行驶轮31被驱动向与公转方向R相反的方向旋转与该行驶单元3A相同的角度。由此，行驶轮31b在行驶轮31c接触并停留在踏面F1上的状态下以描绘圆弧的方式通过踏面F1，并下降至该踏面F1的上一级踏面。该公转驱动处理在将作为台阶信息的踏面F1的长度的数值与阈值进行比较的结果是踏面F1的长度的数值小于所述阈值的情况下更有效。

[0058] 另外，在后侧行驶单元3B的先行的行驶轮31a到达了第一级踢面U1的情况下，对于该行驶单元3B也应用与前侧行驶单元3A相同的驱动控制，由此，装置框架2能够稳定地逐级登上楼梯。

[0059] 如以上说明的那样，根据本实施方式的电动轮椅1，在使用呈放射状地配置有三个行驶轮31且能够驱动这些行驶轮31公转的行驶单元3来上下楼梯等台阶时，在行驶控制部7控制驱动所述行驶单元3公转时，以与该行驶单元3的公转驱动相同的旋转角度驱动所述行驶轮向与公转方向相反的方向旋转。由此，行驶单元3能够在使与踏面接触的一个行驶轮停留在该踏面上的状态下被驱动公转。因此，不存在行驶轮在所述行驶单元的公转中非意图地行驶从而该行驶轮落下到台阶下的踏面的顾虑，从而能够使该行驶单元稳定地公转，使具有该行驶单元的装置框架的姿态稳定化。因此，该电动轮椅11能够在出现有乘坐人员的状态下以稳定的姿态上下楼梯等台阶。另外，如果构成为以所述行驶单元3所包括的行驶轮的一个与台阶的踢面以及踏面这双方持续接触为条件来进行所述行驶单元3的公转驱动，则能够以更稳定的姿态上下楼梯等台阶。

[0060] 此外，由于行驶控制部7能够以使电动轮椅1正对台阶的缘部的方式对电动轮椅1进行控制，因此不仅能够确保直线状的楼梯的稳定性，并且即使在曲线状的楼梯的情况下，也能够防止设置于电动轮椅1的左右的行驶单元中的一侧的行驶单元非意图地落下到踏面的情况。此时，通过采用麦克纳姆轮而能够容易地变更电动轮椅1的朝向，从而容易使电动轮椅1正对台阶的缘部。另外，通过采用麦克纳姆轮作为设置于所述装置框架2的前后左右的各行驶单元3所包括的行驶轮31，即使在上下楼梯的过程中，也对各行驶单元控制麦克纳姆轮旋转方向，从而能够使所述装置框架向左右横方向移动，从而能够一边避开存在于楼梯中途的障碍物一边上下该楼梯。

[0061] 需要说明的是，在该实施方式中，具体地对将本发明的台阶上下装置应用于电动轮椅1的例子进行了说明，但也能够通过将所述就座框架4置换为载台框架而将本发明应用于货物的搬运等轮椅以外的用途。